VR, AR, MR und XR im Überblick – Funktionsweise und didaktisches Potenzial

Die fortschreitende Entwicklung immersiver Technologien eröffnet neue Möglichkeiten für Bildung, Forschung und Kommunikation. Begriffe wie Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR), Mixed Reality (MR) und Extended Reality (XR) stehen dabei für unterschiedliche Grade digitaler Erweiterung der Wirklichkeit. Vor allem im Hochschulkontext gewinnen diese Technologien an Bedeutung, da sie praxisorientierte Lernformate, exploratives Handeln und neue Formen der Interaktion ermöglichen. Der folgende Beitrag bietet eine wissenschaftlich fundierte Einführung in diese Begriffe und erläutert exemplarisch die technische Funktionsweise eines VR-Headsets.

1. Virtual Reality (VR): Immersion in vollständig virtuelle Umgebungen

Virtual Reality bezeichnet den Zustand vollständiger Immersion in computergenerierte Umgebungen, wobei die reale Welt visuell und auditiv vollständig ausgeblendet wird. Nutzer:innen erleben in der VR eine alternative Realität, die in Echtzeit auf ihre Bewegungen reagiert und über unterschiedliche Interaktionsmöglichkeiten erschlossen werden kann.

Charakteristika:

• Sensorisch geschlossene Erfahrungsräume: Visuelle und auditive Reize stammen ausschließlich aus der virtuellen Umgebung.
• 6DoF-Bewegungsfreiheit: Nutzer:innen können sich physisch im Raum bewegen und erhalten unmittelbares Feedback in der virtuellen Umgebung.
• Didaktischer Nutzen: VR eignet sich insbesondere für simulationsbasiertes Lernen, z. B. in der Medizin, Technik oder Betriebswirtschaft, da Handlungswissen in geschützten, aber realitätsnahen Kontexten aufgebaut werden kann.

2. Augmented Reality (AR): Digitale Erweiterung physischer Umgebungen

Augmented Reality bezeichnet die computergestützte Erweiterung der realen Welt um digitale Inhalte. Anders als bei der VR bleiben reale Umweltreize sichtbar und werden kontextbezogen durch zusätzliche Informationen ergänzt.

Charakteristika:

• Erhalt der physischen Realität: Die reale Umgebung bleibt zentraler Bezugspunkt.
• Typische Endgeräte: Smartphones, Tablets oder transparente AR-Brillen.
• Didaktischer Nutzen: AR unterstützt das situiert-kognitive Lernen, indem z. B. technische Objekte annotiert oder komplexe Abläufe überlagert dargestellt werden können (z. B. Mechanik, Chemie, Sprache).

3. Mixed Reality (MR): Verschmelzung realer und virtueller Elemente

Mixed Reality stellt eine Weiterentwicklung der AR dar und beschreibt Systeme, bei denen reale und virtuelle Inhalte in Echtzeit miteinander interagieren. Nutzer:innen können sowohl mit digitalen als auch mit physischen Objekten simultan interagieren, wobei die Grenzen zwischen real und virtuell zunehmend verschwimmen.

Charakteristika:

• Wechselseitige Interaktion: Digitale Objekte reagieren auf reale Bewegungen und Objekte – und umgekehrt.
• Technische Voraussetzung: Fortgeschrittene Sensorik zur Erfassung von Raum, Objekten und Gesten (z. B. HoloLens).
• Didaktischer Nutzen: Ideal für komplexe Problemlösungsprozesse, etwa im Ingenieurwesen oder in medizinischen Trainings, bei denen präzise räumliche Verankerung erforderlich ist.

4. Extended Reality (XR): Der konzeptuelle Dachbegriff

Extended Reality ist ein Sammelbegriff, der alle Formen von virtuellen, erweiterten und gemischten Realitäten umfasst. Der Begriff wird häufig in wissenschaftlichen Kontexten oder zur Beschreibung technologieoffener Bildungsansätze verwendet.

Anwendung:

• XR umfasst VR, AR und MR sowie zukünftige hybride Systeme.
• Wird verwendet in interdisziplinären Projekten, Plattformen oder XR-Laboren.
• Ziel: Konzeption und Erforschung technologieübergreifender Lern- und Erfahrungsräume.

5. Technische Grundlagen: Wie funktioniert ein VR-Headset?

Ein VR-Headset stellt die zentrale Schnittstelle zwischen Nutzer:in und virtueller Umgebung dar. Im Folgenden wird die grundlegende technische Funktionsweise erläutert:

a) Bilddarstellung

• Stereoskopie: Zwei leicht versetzte Bilder erzeugen einen 3D-Effekt durch getrennte Ansprache des linken und rechten Auges.
• Displays: In modernen Headsets werden hochauflösende OLED- oder LCD-Panels mit hoher Bildwiederholrate (90 Hz oder mehr) verbaut, um eine flüssige und realitätsnahe Darstellung zu gewährleisten.

b) Linsentechnologie

• Fresnel-Linsen vergrößern die Displayinhalte und schaffen das Gefühl räumlicher Tiefe.
• Die Linse bestimmt das Sichtfeld (Field of View), typischerweise zwischen 90° und 120°.

c) Bewegungserfassung (Tracking)

• Rotations- und Positionssensoren (Gyroskop, Accelerometer, Magnetometer) erfassen die Kopfbewegung.
• 6 Degrees of Freedom (6DoF) ermöglichen volle Bewegungsfreiheit im Raum.
• Zwei Tracking-Methoden:
  • Inside-Out-Tracking: Kameras im Headset erfassen Umgebung und Controller.
  • Outside-In-Tracking: Externe Sensoren (z. B. Lighthouse-Systeme bei HTC Vive) erfassen Positionen im Raum.

d) Audiosysteme

• 3D-Raumklang unterstützt die immersive Erfahrung durch ortsabhängige Tonwiedergabe.
• Headsets mit integriertem Spatial Audio ermöglichen eine differenzierte Geräuschwahrnehmung im virtuellen Raum.

e) Interaktion

• Controller dienen der Navigation und Manipulation virtueller Objekte.
• Handtracking ermöglicht gestenbasierte Interaktionen ohne zusätzliche Geräte.
• Haptisches Feedback (z. B. Vibration) verstärkt die Rückmeldung auf Nutzeraktionen.

6. Bedeutung für den Hochschulkontext

Die Integration immersiver Technologien in die Hochschullehre eröffnet vielfältige didaktische Perspektiven. Insbesondere VR- und MR-Anwendungen ermöglichen eine neue Form des erfahrungsbasierten Lernens, das kognitive, affektive und psychomotorische Lernziele gleichermaßen anspricht.

Potenziale für Studierende:

• Komplexe Inhalte werden erfahrbar gemacht, z. B. über Laborsimulationen oder immersive Szenarien.
• Förderung kollaborativer Kompetenzen durch gemeinsame Aktivitäten in virtuellen Räumen.
• Stärkung der Medienkompetenz, insbesondere im Umgang mit innovativen Technologien und deren kritischer Reflexion.

Fazit

Die klare Differenzierung zwischen VR, AR, MR und XR ist essenziell, um das didaktische Potenzial immersiver Technologien gezielt nutzen zu können. Während VR auf vollständige Immersion abzielt, erweitert AR die reale Welt punktuell; MR kombiniert beide Ansätze zu einem interaktiven Gesamterlebnis. XR dient als übergreifender Begriff und verweist auf eine Zukunft, in der Grenzen zwischen real und virtuell zunehmend verschwimmen. Für Studierende bietet die Auseinandersetzung mit diesen Technologien nicht nur neue Lernerfahrungen, sondern auch wertvolle Kompetenzen für eine zunehmend digitalisierte Berufswelt.