DE102019006437B4

DE102019006437B4 - Verfahren und Vorrichtung zur rechnerunterstützten Aneignung von neuartigem Verhalten

Info

Publication number: DE102019006437B4
Application number: DE102019006437.2A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-09-12
Filing date: 2019-09-12
Publication date: 2021-05-06
Anticipated expiration: 2039-09-13
Also published as: DE102019006437A1

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rechnerunterstützten Aneignung von neuartigem Verhalten, z.B. die Vorbereitung auf einen Vortrag oder eine Präsentation. Diese Aufgabenstellung wird mit einem als Verhaltensprototyping bezeichneten Verfahren gelöst. Dabei konstruieren die Anwender eine oder mehrere Prototypen des neuartigen Verhaltens in einem Format, in dem diese primär zum Beobachtungslernen genutzt werden können. Beim Verhaltensprototyping erfolgt die Konstruktion des Prototyps in einem systematischen und iterativen Prozess, in dessen Rahmen eine Menge von Entwürfen in geeigneten Darstellungsformen erzeugt wird. Der Prozess erstreckt sich vorzugsweise über mehrere Stufen, auf denen jeweils eine sukzessiv weiterentwickelte Version des Prototyps erstellt wird. Auf jeder Stufe werden eine oder mehrere Varianten der entsprechenden Version konstruiert. Grundlage der Konstruktion ist eine Menge von Verhaltensmodulen, die von den Anwendern des Verfahrens produziert oder aus anderen Quellen übernommen werden, vorzugsweise in Darstellungsformen, die sich für das Beobachtungslernen besonders eignen. Die Anwender wählen eine Teilmenge der Verhaltensmodule aus und bringen diese in eine zeitlich und räumlich zweckmäßige Anordnung. Diejenigen Versionen und Varianten, die sich bei dem Verfahren als inhaltlich und lerntechnisch besonders geeignet herausstellen, werden schließlich als Verhaltensprototypen für das Beobachtungslernen verwendet, um sich das neuartige Verhalten anzueignen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur rechnerunterstützten Aneignung von neuartigem Verhalten in verschiedenen Anwendungsfeldern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2.
Stand der Technik
Die Fähigkeit zur Aneignung von Verhalten ist eine zentrale psychische Leistung des Menschen. In der verhaltenswissenschaftlich ausgerichteten Lernpsychologie werden drei Lernprinzipien differenziert, die klassische Konditionierung, die operante Konditionierung und das Beobachtungslernen. Letzteres ist das effektivste Lernprinzip und wird auch als Modelllernen, Nachahmungslernen oder soziales Lernen bezeichnet. Beobachtungslernen beruht darauf, das Verhalten eines Vorbildes oder Modells zu beobachten. Das Modell liefert somit eine anschauliche Vorlage für das zu erlernende Verhalten, dass dann nachgeahmt wird. Der Lerneffekt ist darauf zurückzuführen, dass im Gehirn des Beobachters Prozesse ausgelöst werden, die denen bei der Ausführung des Verhaltens sehr ähnlich sind. Dabei ist es weitgehend unerheblich, ob das Verhalten eines Modells unmittelbar dargestellt wird oder mittelbar, z.B. in Form von Audio- oder Videoaufzeichnungen. Die potentielle Effektivität des Beobachtungslernens wird durch Experimente verdeutlicht, in denen Probanden auch komplexeres Verhalten bereits nach einem einzelnen Beobachtungsdurchgang erfolgreich nachahmen konnten (sogenanntes One-Trial Learning).
Allerdings kann man im professionellen Bereich selten durch Beobachtungslernen den Anforderungen gerecht werden. Das Erlernen einer Verhaltensvorlage kennzeichnet vor allen Dingen Situationen, in denen ein Schüler von einem Lehrer unterrichtet wird. Im Tanzsport etwa bestehen längere Phasen des Unterrichts darin, dass der Trainer seinen Schülern etwas vortanzt, was diese dann nachzuahmen versuchen. Bei einem fortgeschrittenen Leistungsstand dominieren allerdings Situationen ohne eine Vorlage für das zu erlernende Verhalten. Das heißt, man möchte sich Verhalten aneignen, das ganz oder teilweise bisher in der gewünschten Form noch nicht verfügbar und unter diesem Gesichtspunkt neuartig ist. So ist es für professionelle Tänzer nicht hinreichend, dass ihre Choreographie einzig auf der Nachahmung anderer Tänzer beruht. Statt dessen wird erwartet, dass ihre Show einzigartig ist, indem sie neuartige Figuren in Verbindung mit einem eigenen Stil und/oder einer eigenen Technik präsentieren, was sie dann idealerweise unverwechselbar macht. In den akademischen Disziplinen ist ebenfalls ein zentraler Anspruch, sich neuartiges Verhalten anzueignen, um damit einen individuellen und innovativen Beitrag zu einem Gegenstandsbereich zu leisten. Dies wird beispielsweise bei der Vorbereitung von Vorträgen und Präsentationen erwartet.
Auch in vielen Alltagssituationen besteht nicht die Möglichkeit, auf das Prinzip des Beobachtungslernens zurückzugreifen, weniger weil das erforderliche Verhalten vollkommen neu sein muss, sondern weil man aufgrund ungünstiger Umstände keinen Zugriff auf mögliche Verhaltensvorlagen hat oder nicht über die Zeit verfügt, sich diese durch Beobachtungslernen anzueignen. Dies betrifft beispielsweise die Handhabung von technischen Produkten. Häufig muss man auf eine Fehlfunktion z.B. eines Smartphones unmittelbar reagieren, indem man durch eigenständige Überlegungen einen Weg findet, diese zu beheben. Noch gravierender stellen sich die Anforderungen dar, wenn man beispielweise in einem Fahrstuhl steckenbleibt. In solchen seltenen und weitgehend unvorhersehbaren Situationen ist man alleine aufgrund der emotionalen Anspannung in der Regel kaum in der Lage, ad hoc ein wohlüberlegtes Verhalten zu zeigen.
Situationen ohne eine Verhaltensvorlage gehören in der Psychologie zum Gebiet des Problemlösens. Hierzu definiert Funke (2003, S. 25) in seinem Buch Problemlösendes Denken, Stuttgart / Kohlhammer: „Problemlösendes Denken erfolgt, um Lücken in einem Handlungsplan zu füllen, der nicht routinemäßig eingesetzt werden kann. Dazu wird eine gedankliche Repräsentation erstellt, die den Weg vom Ausgangs- zum Zielzustand überbrückt.“
In einer Situation ohne Verhaltensvorlage muss man also durch Denkprozesse eine mentale Vorstellung von dem erforderlichen Verhalten erzeugen. Bei der Vorbereitung eines Vortrags kann man beispielsweise ein entsprechendes Verhalten in seiner Vorstellung entwickeln und es probeweise mental ablaufen lassen. Dieses Vorgehen ist aber nicht zuverlässig. Aufgrund der Beschränkungen der menschlichen Informationsverarbeitung bleiben in der Regel viele Details unspezifiziert und müssen in der Präsentationssituation spontan festgelegt werden. Ein mangelhaft vorbereiteter Vortrag führt dann beispielsweise zu einer unpräzisen Darstellung der Inhalte und zu einer stockenden Artikulation, was wiederum den Vortragenden zusätzlich verunsichern kann und für alle Beteiligten unbefriedigend ist.
Um dies zu vermeiden, kann man als Hilfsmittel das Probehandeln einsetzen. Bei der Vorbereitung eines Vortrags sagt man diesen in einer geschützten Situation mehrmals auf, bis man eine gewisse inhaltliche Stimmigkeit und einen relativ flüssigen Vortragsstil entwickelt hat. Das Ergebnis kann auch in einer schriftlichen Form festgehalten werden. Mit dem Probehandeln nähert man sich durch häufiges Wiederholen iterativ dem gewünschten Verhalten an. Dieses Vorgehen läuft dann auf ein sogenanntes Autoshaping hinaus, bei dem man sich nach den Prinzipien der operanten Konditionierung selbst ein bestimmtes Verhalten aneignet. Deswegen ist es bedeutend aufwändiger als das Beobachtungslernen. Zudem muss man sich bei diesem Vorgehen selbst in seinem Verhalten korrigieren, was gerade für Personen mit einem vergleichsweise geringen Erfahrungsschatz auf dem entsprechenden Gebiet schwierig ist. Deshalb beinhaltet dieses Verfahren immer noch ein relativ hohes Risiko des Misslingens.
Technische Verfahren und Vorrichtungen zur Unterstützung sind bislang kaum verfügbar, insbesondere, wenn dem entsprechenden Gegenstandsbereich wenige Regeln und Konventionen zugrunde liegen, die das Verhalten determinieren. Ein strikt regelbasiertes Vorgehen ist typisch für die Mathematik, etwa wenn man einen Beweis führen möchte. Unterstützung kann hier mit konventionellen Programmiermethoden geleistet werden, insbesondere mit regelbasierten Expertensystemen. Eine Übersicht über den entsprechenden Stand der Technik gibt Wagner, W.P. (2017), Trends in expert system development: A longitudinal content analysis of over thirty years of expert system case studies, Expert Systems With Applications 76, 85-96.
Die technischen Unterstützungsmöglichkeiten erreichen ihre Grenzen, wenn der Gegenstandsbereich nicht eindeutig durch Regeln charakterisiert werden kann. Dies gilt beispielsweise für das Übersetzen von Texten. Lange Zeit konnten mit konventionellen Programmiermethoden keine akzeptablen Ergebnisse gewonnen werden. Erst mit neuen Methoden des Maschinellen Lernens wurden wesentliche Fortschritte erzielt, insbesondere auf der Grundlage von Ansätzen des Deep Learning. Dabei werden mit künstlichen neuronalen Netzen die Funktionsweise und das Lernen des menschlichen Gehirns nachempfunden. Automatische Übersetzungen konnten sich inzwischen qualitativ durchaus an die Ergebnisse menschlicher Übersetzer annähern. Eine Übersicht über das Maschinelle Lernen geben Jordan, M.I. & Mitchell, T.M. (2015), Machine learning: Trends, perspectives, and prospects, Science 349, 255-260. Der Stand der Technik des Deep Learning wird beschrieben in Shrestha, A. & Mahmood, A. (2019), Review of Deep Learning Algorithms and Architectures, IEEE Access 7, 53040-53065, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2912200.
Diese Unterstützungsansätze haben gemeinsam die Voraussetzung, dass man Verhalten eindeutig klassifizieren kann, beispielsweise in richtig und falsch. Bei Expertensystemen ist diese Differenzierung explizit in dem zugrundeliegenden Regelsystem implementiert. Beim Deep Learning ist sie für das Training des künstlichen neuronalen Netzes erforderlich. Das Netz wird mit einer großen Anzahl von Fällen trainiert, zusammen mit der Information, ob der jeweilige Fall der einen oder der anderen Kategorie zuzuordnen ist. Als Ergebnis des Trainings erzeugt das Netz das gewünschte Verhalten und ist auch in der Lage, neue Fälle korrekt zuzuordnen. Die der Differenzierung zugrundeliegenden Prinzipien bleiben aber implizit, denn die Funktionsweise kann bereits bei etwas komplexeren künstlichen neuronalen Netzen nicht mehr im Einzelnen nachvollzogen werden.
Die genannten Voraussetzungen führen dazu, dass für viele alltägliche und professionelle Gegenstandsbereiche keine technische Unterstützung bei der Aneignung neuartigen Verhaltens angeboten werden kann. Für die allermeisten Gegenstandsbereiche existieren keine erschöpfenden expliziten Regelwerke, so dass damit Expertensysteme als Unterstützungsansatz ausfallen. In vielen Gegenstandsbereichen sind zudem nicht die erforderlichen großen Mengen an eindeutig klassifizierbaren Fällen verfügbar, so dass auch keine speziell trainierten künstlichen neuronalen Netze bereitgestellt werden können. Und schließlich ist häufig eine individuelle Lösung gewünscht oder gefordert, was ebenfalls gegen den Einsatz einer mehr oder weniger automatisierten Unterstützung spricht. Deswegen ist man in vielen Gegenstandsbereichen auch weiterhin primär auf menschliches problemlösendes Denken angewiesen.
Als weiterer Stand der Technik wird beispielsweise auf den Bereich der Autorensysteme hingewiesen. Eine Übersicht gibt die Publikation Autorensysteme, in: Wikibooks, Sammlung freier Lehr-, Sach- und Fachbücher, Bearbeitungsstand: 17. Januar 2019 um 10:41 Uhr, URL:

https://de.wikibooks.org/wiki/Multimedia_im_%C3%9Cberblick/_Gestaltung/_lnhalte/_A utorensysteme. Autorensysteme dienen der Erstellung von multimedialen Anwendungen zur Wiedergabe über Rechnereinheiten. Ein Beispiel für ein solches System ist SIVA, das in den folgenden beiden Publikationen dargestellt wird: Lehner, F.
& Siegel, B. (2009), E-Learning mit interaktiven Videos - Prototypisches Autorensystem und Bewertung von Anwendungsszenarien, in: Schwill, A. & Apostulopoulos, N. (Hrsg.), DeLFI 2009 - 7. Tagung der Fachgruppe E-Learning der Gesellschaft für Informatik e.V., Bonn: Gesellschaft für Informatik e.V., 14.-17. September 2009, S. 43-54 sowie Meixner, B. et al. (2009), SIVA Producer - A Modular Authoring System for Interactive Videos. Proceedings of I-KNOW '09 and I-SEMANTICS '09, Graz, Austria, 2-4 September 2009. Eine spezielle Kategorie von Autorensystemen behandelt Withers, D. (2005), Authoring Tools for Educational Simulations, Simon Fraser University, School of Interactive Arts and Technology, 8. August 2005. In diesen Systemen werden Lerninhalte auf der Grundlage von Simulationen vermittelt.

Figurenliste

1 - Grundlegende Baugruppen der Vorrichtung
2 - Grundlegende Funktionalitäten zur Erstellung eines Verhaltensprototyps
3 - Beispiel für eine Abfolge von Stufen beim Verhaltensprototyping
4 - Funktionsweise der Inhaltsprüfung des Entwurfs E_i,j
5 - Funktionsweise der Darstellungsprüfung des Entwurfs E_i,j
6 - Kombination von Inhalts- und Darstellungsprüfung des Entwurfs E_i,j
7 - Integrierte Wiedergabe der Kombination von Inhalts- und Darstellungsprüfung des Entwurfs E_i,j
8 - Allgemeine Abfolge der Stufen i mit i ∈ {1,...,n} beim Verhaltensprototyping mit jeweils integrierter Wiedergabe der Kombination von Inhalts- und Darstellungsprüfung der Entwürfe E_i,j mit j ∈ {1,...,m_i}
9 - Ausführungsbeispiel für das Verfahren beim Verhaltensprototyping eines Vortrags über die Stufen i mit i ∈ {1,...,5}, mit jeweils integrierter Wiedergabe der Kombination von Inhalts- und Darstellungsprüfung der Entwürfe E_i,j mit j ∈ {1,...,m_i}
10 - Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung beim Verhaltensprototyping einer Tanz-Choreographie
11 - Beispiel für die erste Stufe der Konstruktion eines Verhaltensprototyps einer Tanz-Choreographie
12 - Beispiel für die Metadaten eines Entwurfs bei der Konstruktion eines Verhaltensprototyps einer Tanz-Choreographie
13 - Beispiel für die zweite Stufe der Konstruktion eines Verhaltensprototyps einer Tanz-Choreographie
14 - Beispiel für die dritte Stufe der Konstruktion eines Verhaltensprototyps einer Tanz-Choreographie

Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein technisches Verfahren und eine technische Vorrichtung zur rechnerunterstützten Aneignung von neuartigem Verhalten für einen oder mehrere Anwender zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verhaltensprototyping gelöst, mit dem das neuartige Verhalten zum Gegenstand eines Konstruktionsprozesses gemacht wird. Mit dem Verfahren werden in einem systematischen und iterativen Prozess über vorzugsweise mehrere Stufen ein oder mehrere Prototypen des neuartigen Verhaltens in einem Format konstruiert, in dem diese primär zum Beobachtungslernen genutzt werden können. Mit der Konstruktion des neuartigen Verhaltens in einer für die Nachahmung geeigneten Form werden also die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass die Prinzipien des Beobachtungslernens angewendet werden können, um sich das Verhalten anzueignen.
In der Regel wird mit dem Verfahren ein einzelner Verhaltensprototyp konstruiert. Es kann aber auch notwendig sein, dass das Ergebnis eine Pluralität von Prototypen ist. Für das Vortragsbeispiel gilt dies etwa, wenn das Vorwissen der Zuhörer unbekannt ist, so dass zwei Versionen mit bzw. ohne zusätzliche Erläuterungen zu den verwendeten Fachbegriffen verfügbar sein sollten. Zur Vereinfachung der Darstellung der Erfindung wird im Folgenden der Fall eines einzelnen Verhaltensprototyps betrachtet, ohne die Erfindung damit hinsichtlich der Anzahl der Prototypen zu beschränken.
Das Verfahren wurde für solche Situationen konzipiert, in denen man unter konventionellen Bedingungen primär auf das problemlösende Denken angewiesen ist. Dies ist dann der Fall, wenn das Verhalten prinzipiell neu ist, also man beispielsweise einen Vortrag zu einem neuen Forschungsergebnis halten möchte. Es kann aber auch sein, dass andere Personen das Verhalten ausführen können und deshalb grundsätzlich als Modell geeignet wären, sie aber nicht zur Verfügung stehen, weil sie z.B. Konkurrenten sind, etwa in einem Tanzsport-Wettbewerb. Weiterhin gibt es Situationen, in denen zwar Modelle verfügbar wären, man diese aber nicht in Anspruch nehmen möchte, um sich auf Dauer von ihnen unabhängig zu machen. Dies gilt beispielsweise für den Fremdsprachenerwerb, wenn man nicht mehr auf die unmittelbare Unterstützung durch Muttersprachler angewiesen sein möchte. Zudem soll hier der Fall mitberücksichtigt werden, dass die Konstruktion des Verhaltensprototyps intrinsisch motiviert ist. So möchten sich Kinder vielleicht aus Spaß das Verhalten eines Polizisten bei einer Verkehrskontrolle aneignen und dazu einen entsprechenden Verhaltensprototyp selber konstruieren.
Das Verfahren ist auch für Situationen vorgesehen, in denen sich das neuartige Verhalten auf die geeignete Handhabung eines Objektes bezieht, beispielsweise eines neuen Produkts. Bei der konventionellen Produktentwicklung steht das Produkt selbst mit seinen funktionalen und ästhetischen Merkmalen im Mittelpunkt. Zugleich wird damit aber auch implizit das Verhalten der zukünftigen Anwender gestaltet. Und dies leider häufig in einer wenig zufriedenstellenden Form, was durch die Vielzahl der publizierten Tipps und Anleitungen zur Lösung von Problemen insbesondere mit technischen Produkten deutlich wird. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dieses Verhältnis umgekehrt, indem das Verhalten zum Gegenstand der Konstruktion gemacht wird und die Merkmale eines neuen Produktes in Abhängigkeit davon festgelegt werden. Damit wird also das Produktprototyping als abhängiger Gegenstand des Verhaltensprototyping behandelt. In diesem Verhältnis hat das Produkt die primäre Funktion, den Anwender in die Lage zu versetzen, ein gewünschtes Verhalten auszuführen.
Der Ausgangspunkt des Verfahrens besteht darin, dass die Anwender mit einer bestimmten Aufgabenstellung konfrontiert sind, z.B. Kollegen über die jüngsten Forschungsergebnisse zu informieren. Für diese Aufgabenstellung wählen sie eine entsprechende Verhaltenskategorie aus, für das Beispiel etwa einen Vortrag im Rahmen des wöchentlichen Abteilungskolloquiums. Damit ergibt sich als geplantes Ergebnis des Verfahrens eine konkrete Verhaltensvorlage, die für das Aneignen und Trainieren des Vortrages genutzt werden kann. Auf der Grundlage dieser Definition der Verhaltenskategorie beginnt dann das Verhaltensprototyping, in dessen Rahmen eine Menge von Entwürfen E_i,j für den Prototyp in geeigneten Darstellungsformen erzeugt wird.
Die Konstruktion des Verhaltensprototyps erfolgt in einem systematischen, strukturierten und iterativen Prozess über eine oder mehrere Stufen i mit i ∈ {1,...,n}. Menschliches Verhalten ist in der Regel zu komplex, als dass man mit einem spontanen und unreflektierten Vorgehen zu einem Verhaltensprototyp kommen kann, der sich für das Beobachtungslernen eignet. Bei den hier adressierten Aufgabenstellungen kann man nicht auf Anhieb alle Aspekte des Verhaltens überschauen und hierfür angemessene Entscheidungen fällen. Stattdessen muss man in der Regel iterativ auf ein solches Ergebnis hinarbeiten. Deshalb erstreckt sich das Verhaltensprototyping über vorzugsweise mehrere Stufen i mit i ∈ {1,...,n}, auf denen jeweils eine sukzessiv weiterentwickelte Version i des Prototyps erstellt wird. Auf jeder Stufe i werden eine oder mehrere Varianten j mit j ∈ {1 ,...,m_i} der entsprechenden Version i konstruiert. Häufig wird es sich um mehrere Varianten handeln, zwischen denen dann im weiteren Verlauf des Verhaltensprototyping eine Auswahl getroffen wird. Die auf diese Weise erzeugten zwischenzeitlichen Versionen i und Varianten j sind insbesondere dann unverzichtbar, wenn mehrere Personen an dem Verhaltensprototyping beteiligt sind. Dann dienen sie auch zur Kommunikation und zur Diskussion des jeweiligen Entwicklungsstandes.
Die Grundlage der Konstruktion bilden eine Menge von Verhaltensmodulen, bei einem Vortrag können dies beispielsweise die zu vermittelnden Kernaussagen sein. Diese Module werden von den Anwendern des Verfahrens selbst produziert oder aus anderen Quellen übernommen, vorzugsweise in Darstellungsformen, die sich für das Beobachtungslernen besonders eignen. Aus dieser Menge werden eine Teilmenge ausgewählt und die entsprechenden Module in eine zeitlich und räumlich zweckmäßige Anordnung gebracht.
Somit wird in dem Verfahren nicht davon ausgegangen, dass der Verhaltensprototyp in allen Details vollständig neu konstruiert werden muss. In der Regel wird man bereits Elemente des Verhaltens kennen, die für den Prototyp neu kombiniert werden. Ein Beispiel ist die Konstruktion einer Tanz-Choreographie. Dabei sind einzelne Figuren bereits bekannt und werden in dem Verhaltensprototyp in eine neue Ordnung gebracht. Dann greift man zu Beginn der Konstruktion bereits auf diese verfügbaren Module zurück, indem man beispielsweise deren Ausführung durch andere Personen als Material für die Erstellung eines ersten Entwurfs heranzieht. Im folgenden Entwicklungsprozess werden diese Module und ihre Zusammenstellung überarbeitet. Analog können Prototypen und ihre Module aus vorangegangenen Projekten als Ausgangspunkt für das Verhaltensprototyping genutzt werden.
Für die Entwürfe E_i,j der Versionen i und Varianten j werden geeignete Darstellungstechniken genutzt, durch Auswahl entsprechender Verfahren zur Aufzeichnung, Bearbeitung und Wiedergabe. Dabei kann es sich um statische (z.B. Skizzen und Fotos) oder dynamische (z.B. Animationen und Videos) Darstellungsformen handeln. Eine Darstellungsform ist dann besonders geeignet für das Nachahmungslernen, wenn der Nutzer vergleichbare Bedingungen zu der Beobachtung einer realen Person vorfindet. Das Modell und sein Verhalten sollten also realitätsnah dargestellt werden und aus weitgehend beliebigen Perspektiven wahrgenommen werden können.
Für die Nachahmung besonders geeignet sind volumetrische Videos. Solche Videos werden in speziellen Studios produziert, in denen um das Set eine größere Menge von Kameras und Mikrophonen platziert sind, mit denen Personen dreidimensional und lebensecht aufgenommen werden. Das Ergebnis sind hologrammartige Darstellungen von Personen und Objekten, die wie computergenerierte Modelle beliebig bearbeitet und in virtuelle Welten integriert werden können. Solche Aufnahmen werden auch als Free Viewpoint Volumetric Video oder 4D Volumetric Mixed Reality Capture bezeichnet.
Eine Technik zur Wiedergabe des Verhaltensprototyps in einem volumetrischen Video ist das Head-Mounted Display (HMD), ein visuelles Ausgabegerät, das auf dem Kopf getragen wird. Diese Wiedergabe des Prototyps kann von beliebigen Personen verwendet werden. Sie können das Modell und sein Verhalten aus jedem möglichen Blickwinkel betrachten und dabei die für ihr Beobachtungslernen besonders geeigneten Perspektiven auswählen.
Bei der Erfindung kann der Anwender des Verfahrens mit dem Modell in dem Verhaltensprototyp und dem Nutzer des Prototyps für das Beobachtungslernen identisch sein, alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, dass es sich jeweils um unterschiedliche Personen oder Personengruppen handelt. Anwender des Verfahrens und Nutzer des Prototyps sind üblicherweise identisch, wenn mit vergleichsweise geringem Aufwand ein Verhaltensprototyp für einen einzelnen Vortrag o.ä. erstellt werden soll. Bei solchen stark individualisierten Prototypen ist es wenig sinnvoll, dass hier eine Trennung dieser beiden Rollen vorgenommen wird. Wenn das Prototyping ohne Unterstützung durch andere Personen erfolgt, wird diese Person zudem die Rolle des Modells in dem Prototyp übernehmen.
Bei der Konstruktion eines Verhaltensprototyps für eine Tanz-Choreographie ist es hingegen sehr wahrscheinlich, dass diese von einer spezialisierten Person angeleitet wird, etwa dem Trainer eines Tanzpaares. Trotzdem ist es sinnvoll, wenn das Tanzpaar als Nutzer am Konstruktionsprozess beteiligt ist, um ein tieferes Verständnis für den resultierenden Prototyp entwickeln zu können. In diesem Kontext wird zumindest in den frühen Phasen der Konstruktion die Rolle des Modells von einem Trainerpaar oder anderen entsprechend qualifizierten Tanzpaaren übernommen. Unter lernpsychologischen Gesichtspunkten ist es jedoch sinnvoll, wenn das Tanzpaar als Nutzer in den finalen Versionen und Varianten auch selbst als Modell fungiert. Damit wird die Ähnlichkeit zwischen Modell und Lernendem maximiert, was sich nach empirischen Untersuchungen zum „Self-Modeling“ positiv auf den Lerneffekt auswirkt.
Bei der Konstruktion von Verhaltensprototypen für kommerzielle Zwecke werden diese drei Rollen von Anwender, Modell und Nutzer in der Regel von unterschiedlichen Personen bzw. Personengruppen übernommen. Die Frage nach der Identität des Modells hat zudem zunehmend nur noch theoretische Bedeutung, da verschiedene Verfahren zur Nachbearbeitung digitalen Materials inzwischen einen Identitätswechsel der dargestellten Personen ermöglichen.
Diejenigen Entwürfe E_i,j der Versionen i und Varianten j, die sich bei dem Verfahren als inhaltlich und lerntechnisch besonders geeignet herausstellen, werden als Verhaltensprototyp primär für das Beobachtungslernen verwendet, um sich das Verhalten anzueignen und die Fähigkeit zu erwerben, es unmittelbar oder mit zeitlicher Verzögerung zu reproduzieren. Der primäre Nutzen besteht also darin, dass das Verfahren die Aneignung eines an sich neuartigen Verhaltens durch Beobachtungslernen ermöglicht. Ohne dieses Verfahren wäre man im Wesentlichen auf mentale Vorstellungen und Probehandeln angewiesen, die nicht dazu geeignet sind, komplexeres Verhalten im Voraus festzulegen und zuverlässig zu reproduzieren. Weiterhin dient die Darstellung des Verhaltensprototyps als Dokumentation, etwa wenn man das Verhalten mit einem größeren zeitlichen Abstand noch einmal ausführen möchte. Und schließlich kann der Verhaltensprototyp auch von beliebigen Personen aus Interesse oder zur Unterhaltung betrachtet werden, also ohne den expliziten Wunsch, das Verhalten zu erlernen.
Daneben hat das Verfahren positive Effekte auf die Motivation. Häufig werden Aufgaben erst spät oder sogar zu spät angegangen, was auch als Prokrastination bezeichnet wird. Gerade in Arbeitsumwelten mit hohen persönlichen Freiheitsgraden kann das zu einem ernsten Problem werden. Psychologen gehen davon aus, dass Prokrastination eine Reaktion auf ein befürchtetes Versagen ist, beispielsweise in Bezug auf die Erwartung, einen guten Vortrag präsentieren zu können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden diese Befürchtungen insofern reduziert, als dass das Verhalten schrittweise ausgearbeitet wird. Die dabei konstruierten zwischenzeitlichen Versionen und Varianten regen mentale Vorstellungen zu dem später auszuführenden Verhalten an. Neben dieser problemlösenden Funktion können die Vorstellungen zugleich einen aus der systematischen Desensibilisierung bekannten angstlösenden Effekt haben. Hierzu trägt bei, dass die Entwürfe vorläufigen Charakter haben, da sie jederzeit modifiziert oder verworfen werden können, was unmittelbar keinerlei negative Konsequenzen hat. Erst dann, wenn man sich der Qualität eines Entwurfs hinreichend sicher ist, beginnt man, ihn als Verhaltensprototyp zu verwenden und sich mit der eigentlichen Aneignung und Ausführung des Verhaltens zu befassen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben die Anwender zudem die Gelegenheit, sich schrittweise mit innovativen Darstellungstechniken vertraut zu machen. Mit der Verbreitung von Smartphones haben die Möglichkeiten zur Aufzeichnung und Wiedergabe von Verhalten in konventionellen Videoformaten bereits ein hohes Niveau erreicht. Weiter fortgeschrittene Formate, etwa stereoskopische Aufnahmen, 360-Grad-Videos oder volumetrische Videos, konnten sich aber bislang nicht in diesem Umfang durchsetzen. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann diesen jedoch eine wichtige Bedeutung zukommen, denn mit ihnen lässt sich das Verhalten noch realitätsnäher wiedergeben, was sich positiv auf das Beobachtungslernen auswirkt. Dadurch bestehen also für die Anwender konkrete Anreize, sich mit innovativen Darstellungstechniken auseinander zu setzen und sie für ihre eigenen Zwecke zu nutzen.
Die grundlegenden Baugruppen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in 1 dargestellt. Eine Rechnereinheit (106) ist mit Funktionalitäten für die Ausführung des Verhaltensprototyping (101) ausgestattet. Mit diesen Funktionalitäten werden von den Anwendern in einem systematischen und iterativen Prozess über vorzugsweise mehrere Stufen ein oder mehrere Prototypen des neuartigen Verhaltens in einem Format konstruiert, in dem diese primär zum Beobachtungslernen genutzt werden können.
Die Rechnereinheit (106) besteht aus einer oder mehreren Speicher- und Verarbeitungseinheiten (103, 105). Sie interagiert mit ihrer Umgebung über Ein- und Ausgabeeinheiten (102, 104). Eingabeeinheiten (102) sind z.B. Maus, Tastatur, Kamera, Netzwerkverbindung oder berührungsempfindlicher Bildschirm. Ausgabeeinheiten (104) sind z.B. konventioneller Bildschirm, Lautsprecher und HMD.
Die grundlegenden Funktionalitäten für die Ausführung des Verhaltensprototyping sind in 2 dargestellt. Diese sind Arbeitsbereich (203), Datenbank mit Verhaltensmodulen (Modul-Datenbank) (202), Datenbank mit Entwürfen für den Verhaltensprototyp (Prototyp-Datenbank) (204), sowie Input- und Output-Funktionalitäten. Bei den Input-Funktionalitäten handelt es sich um Eingabe (201) und Import (206), bei den Output-Funktionalitäten um Wiedergabe (205) und Export (207).
Das zentrale Interaktionselement für die Anwender ist der Arbeitsbereich (203), in dem sie auf der Grundlage der Inhalte in der Modul-Datenbank (202) eine Menge von Entwürfen E_i,j für den Prototyp in einer für das Beobachtungslernen geeigneten Form konstruieren und editieren, die dann in der Prototyp-Datenbank (204) abgelegt werden.
Die Konstruktion der Entwürfe E_i,j erstreckt sich dabei über eine oder mehrere Stufen i mit i ∈ {1,...,n}, auf denen jeweils eine sukzessiv weiterentwickelte Version i des Prototyps erstellt wird. Auf jeder Stufe i werden eine oder mehrere Varianten j mit j ∈ {1 ,...,m/} der entsprechenden Version i konstruiert.
In der Modul-Datenbank (202) sind Darstellungen von Verhalten in beliebigen Formaten und aus beliebigen Quellen abgelegt. Die Darstellungen sind beispielsweise Skizzen, Fotos, Videos, Animationen, 360-Grad-Videos oder volumetrische Videos. Die Datenbank wird durch Funktionalitäten für Eingabe (201) und Import (206) gespeist. Die Darstellungen können aus anderen Quellen stammen, indem sie z.B. über den Netzwerkanschluss übertragen werden. Sie können aber auch von den Anwendern selbst erstellt werden, indem diese z.B. über eine angeschlossene Kamera Fotos und Videos machen oder über einen berührungsempfindlichen Bildschirm Skizzen erstellen. In den Darstellungen können zudem beliebige Personen die Rolle des Modells übernehmen. Mit geeigneten Standard-Funktionalitäten werden diese Darstellungen soweit aufbereitet, dass sie in die Modul-Datenbank (202) aufgenommen werden können.
Der Arbeitsbereich (203) wird zur interaktiven Konstruktion der Entwürfe E_i,j des Verhaltensprototyps verwendet. In der Regel wird der Arbeitsbereich (203) einen einzelnen Entwurf beinhalten. Je nach Stufe des Konstruktionsprozesses handelt es sich dabei um eine mehr oder weniger fortgeschrittene Version des Prototyps. Zudem können auf einer Stufe unterschiedliche Varianten konstruiert werden. Bei der Konstruktion wird aus der Modul-Datenbank (202) solches Material entnommen, das für die Aufgabenstellung, die gewählte Verhaltenskategorie und die aktuelle Stufe des Konstruktionsprozesses geeignet ist. Dieses Material wird im Arbeitsbereich (203) räumlich und zeitlich anordnet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die zeitlichen und räumlichen Abläufe eines Entwurfs im Arbeitsbereich (203) als Vorschau wiedergegeben werden.
Die konstruierten Entwürfe E_i,j werden in der Prototyp-Datenbank (204) abgelegt und können zur weiteren Bearbeitung von dort wieder abgerufen werden. Aus der Prototyp-Datenbank (204) werden schließlich diejenigen Entwürfe E_i,j der Versionen i und Varianten j ausgewählt, die inhaltlich und lerntechnisch besonders geeignet sind, und über Funktionalitäten für Wiedergabe (205) und Export (207) als Verhaltensprototypen primär für das Beobachtungslernen verwendet, um sich das Verhalten anzueignen und die Fähigkeit zu erwerben, es unmittelbar oder mit zeitlicher Verzögerung zu reproduzieren. Darüber hinaus können die Verhaltensprototypen auch für andere Zwecke genutzt werden, einschließlich der Betrachtung durch beliebige Personen aus Interesse oder zur Unterhaltung.
Während des Konstruktionsprozesses kann es erforderlich sein, dass Verhaltensmodule ihrerseits in eine Sequenz von Verhaltensmodulen aufgelöst werden müssen, um sie dann rekursiv zu bearbeiten. Verhalten kann durch eine hierarchische Struktur beschrieben werden, wobei ausgehend von der obersten und abstraktesten Ebene die Detailliertheit der Beschreibung auf den unteren Hierarchieebenen kontinuierlich zunimmt. Eine Tanz-Choreographie beispielsweise kann als Abfolge von Tanzfiguren betrachtet werden, wobei jede Figur sich aus einer Abfolge von Einzelbewegungen zusammensetzt. Bei der Konstruktion eines Verhaltensprototyps kann es also passieren, dass man ein bestimmtes Modul in den Ablauf aufnehmen möchte, aber die Ausführung dieses Moduls im Detail ebenfalls noch zu klären ist. Die Klärung dieser Frage erfolgt dann in einem eigenen Konstruktionsprozess nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und ergänzt die Ausführung des Konstruktionsprozesses auf der übergeordneten Ebene. Das bedeutet zugleich, dass ein Verhaltensprototyp auf einer untergeordneten Ebene als Verhaltensmodul auf einer übergeordneten Ebene fungieren kann. Eine solche hierarchische Vorgehensweise erleichtert zudem die schrittweise Spezifizierung und Elaboration eines Verhaltensprototyps. In vielen Bereichen gibt es strukturelle Standards, bei wissenschaftlichen Vorträgen z.B. ist dies die Einteilung in Einleitung, Methode, Ergebnisse und Diskussion. Ausgehend von diesen abstrakten Kategorien können die Inhalte des Vortrags zunehmend konkreter ausgearbeitet werden.
Um zu einem Verhaltensprototyp zu gelangen, der sich optimal für das Beobachtungslernen eignet, sollten Methoden verwendet werden, die von der Qualität der Darstellung her mit der Beobachtung realen Verhaltens vergleichbar sind. Idealerweise handelt es sich dabei um die oben dargestellten volumetrischen Videos. Andererseits ist die konkrete Gestaltung des Verhaltensprototyps auf den frühen Stufen der Konstruktion noch weitgehend unklar, so dass es nicht sinnvoll ist, bereits zu diesem Zeitpunkt mit solch aufwändigen Methoden zu operieren. Stattdessen sollte man mit möglichst einfachen Methoden beginnen, beispielsweise Skizzen und Fotos, um dann schrittweise zu den aufwändigen Methoden überzugehen.
Die einsetzbaren Darstellungstechniken sind vielfältig, im Folgenden wird nur eine kleine Auswahl genannt. Der Anwender kann statische Darstellungen verwenden, beispielsweise Skizzen, Bilder, Fotos oder Spielzeugfiguren. Hierzu gehören auch sprachliche Beschreibungen, die von einzelnen Begriffen bis hin zu umfangreicheren Texten reichen können. Eine weitere Technik dieser Kategorie sind statische dreidimensionale Darstellungen, die etwa mit Programmen für Computer Aided Design (CAD) erstellt wurden. Eine zweite Kategorie beinhaltet dynamische Darstellungen, beispielsweise Animationen von CAD-Darstellungen, konventionelle Videos und 360-Grad-Videos. Auch können Techniken der Mixed Reality oder Augmented Reality eingesetzt werden, indem virtuelle mit realen Elementen kombiniert werden. Das bereits dargestellte volumetrische Video bietet aktuell die besten Möglichkeiten für eine realitätsnahe Darstellung des Verhaltensprototyps. Idealerweise werden dabei über den visuellen Kanal hinaus möglichst viele andere Sinnesmodalitäten unterstützt. Neben der auditiven Wahrnehmung gilt dies insbesondere für die haptische Wahrnehmung. Damit kann das Verhalten auch durch Berühren erlebt werden, was sogar über die Möglichkeiten beim konventionellen Modelllernen hinausgeht.
Im Folgenden wird zur Erläuterung ein mögliches Vorgehen zum systematischen Einsatz dieser Darstellungsmethoden über verschiedene Stufen der Konstruktion des Verhaltensprototyps skizziert, siehe hierzu 3. Dabei ist zu berücksichtigen, dass ein geeignetes Vorgehen wesentlich vom Gegenstandsbereich und den Anforderungen an den Prototyp abhängen, so dass es nicht sinnvoll ist, hier ein bestimmtes Vorgehen verbindlich festzulegen.
Auf der ersten Stufe wird mit statischem Material (302) gearbeitet. Damit wird das Ziel verfolgt, mit entsprechenden Begriffen, Skizzen und Fotos einen ersten Eindruck vom Verhaltensprototyp zu erhalten. Dabei gilt es insbesondere, die entsprechenden Entwürfe in geeigneter Weise als Menge von Verhaltensmodulen zu definieren. Auf der Stufe 2 wird dieses statische Material für eine erste Animation (303) der zeitlichen und räumlichen Abläufe verwendet. Auf der anschließenden dritten Stufe wird das statische Material durch dynamische Darstellungsformen (304) ergänzt oder ersetzt, die von konventionellen bis hin zu volumetrischen Videos reichen können. Auf der Stufe 4 werden Videos von dem vorgesehenen Verhalten aus für das Beobachtungslernen besonders geeigneten Perspektiven (305) produziert. Sollten auf der dritten Stufe volumetrische Videos aufgenommen worden sein, kann diese Stufe entfallen, da solche Videos bereits beliebige Perspektiven einzunehmen gestatten. Auf der fünften Stufe wird der zusätzliche Lerneffekt durch „Self-Modeling“ erschlossen, indem der Nutzer des Verhaltensprototyps auch die Rolle des Modells in der Darstellung des vorgesehenen Verhaltens übernimmt (306). Diese Aufnahmen werden erstellt, indem dem Nutzer die auf Stufe 4 produzierte Darstellung präsentiert wird, er das entsprechende Verhalten nachahmt und er dabei aufgenommen wird. Im Anschluss an die fünfte Stufe werden diese Aufnahmen gegebenenfalls entsprechend dem Lernfortschritt durch Aufnahmen des Nutzers mit qualitativ verbessertem Verhalten ergänzt oder ersetzt. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht also darin, dass man schrittweise mit zunehmend aufwändigeren Methoden über eine größere Menge von einfachen bis detaillierten Entwürfen auf einen möglichst geeigneten Inhalt und eine möglichst konkrete Darstellung des Verhaltensprototyps hinarbeitet.
Bei der Konstruktion des Verhaltensprototyps sollten solche Methoden und Werkzeuge verwendet werden, die eine Weiterverwertung der Ergebnisse auf den nachfolgenden Stufen zulassen. In den meisten Anwendungsfällen wird auf der finalen Stufe die Darstellung des Verhaltensprototyps ein digitales Format haben. Nur in diesem Format lässt sich die Darstellung in der Nachproduktion flexibel bearbeiten. So können dabei auch Hilfsgeometrien z.B. zur Verdeutlichung der Blickrichtung des Modells eingearbeitet werden, die das spätere Beobachtungslernen erleichtern. Entsprechend liegt dann auch für die vorangehenden Stufen die Präferenz auf Methoden und Werkzeugen zur Erstellung und Bearbeitung von digitalen Darstellungen des Verhaltensprototyps. Im Hinblick auf die Weiterverwertung ist zudem die Verwendung einer integrierten Entwicklungsumgebung sinnvoll, mit der über alle Stufen hinweg ein nahtloser Konstruktionsprozess realisiert werden kann.
Es ist von Vorteil, im Konstruktionsprozess explizit Prüfoperationen in Bezug auf den Inhalt des Verhaltensprototyps vorzusehen (4). Diese Prüfoperationen werden im Folgenden kurz als Inhaltsprüfung (403) bezeichnet. Auf jeder Stufe (402) sollte jeder der auf dieser Stufe i entwickelten Entwürfe E_i,j mit j ∈ {1,...,m_i} daraufhin geprüft werden, ob und inwieweit er inhaltlich den Anforderungen entspricht. Die Inhaltsprüfung (403) klärt also die Frage, ob das Verhalten bereits so festgelegt und ausgearbeitet ist, dass es in der projektierten Fassung die Anforderungen an den Prototyp erfüllt. Bei einem Vortrag wären dies beispielsweise der Inhalt des Vortrags und die verwendeten Folien, aber auch die sprachliche Qualität, die Gestik und Mimik sowie das Einhalten von zeitlichen und anderen Vorgaben.
Das Ergebnis der Inhaltsprüfung (403) sollte dann systematisch zur Weiterentwicklung des jeweiligen Entwurfs genutzt werden. Wenn das Ergebnis der Prüfung positiv ist, kann man zur nächsten Stufe des Konstruktionsprozesses übergehen (406). Wenn das Ergebnis der Prüfung negativ ausfällt, sind mehr oder weniger umfangreiche Korrekturen notwendig. Zunächst stellt sich die Frage, ob diese Korrekturen vorgenommen werden können (404). Ist dies nicht der Fall, wird der Entwurf E_i,j verworfen (405). Im positiven Fall geht man auf die aktuelle oder eine der vorangegangenen Stufen zurück. Kleinere Änderungen kann man in der Regel auf der aktuellen Stufe machen (402). Bei einem großen Änderungsbedarf ist es häufig erforderlich, eine oder mehrere Stufen zurückzugehen (401), um anhand einfacherer und abstrakterer Darstellungsformen grundsätzliche konzeptionelle Änderungen am Entwurf E_i,j vorzunehmen.
Dabei ist zu berücksichtigen, dass auf frühen Stufen ein Entwurf selten vollständig überprüft werden kann. Deshalb spielen auf diesen Stufen grundlegende Kriterien eine zentrale Rolle, während auf den nachfolgenden Stufen die Details eine immer größere Bedeutung gewinnen. Auf den frühen Stufen steht insbesondere die Frage im Mittelpunkt, ob das vorgesehene Ziel des Verhaltens mit dem vorliegenden Ansatz tatsächlich erreicht wird. Weitere grundlegende Kriterien sind die Ausführbarkeit des Verhaltens und mögliche unerwünschte Nebenwirkungen des Verhaltens. Mit der Inhaltsprüfung (403) wird frühzeitig ein ungeeigneter Ansatz identifiziert, bevor in größerem Umfang zeitliche und andere Ressourcen in seine weitere Ausarbeitung investiert werden.
Eine zweite Klasse von Prüfoperationen sollte sich mit der Darstellung des Verhaltensprototyps befassen (5). Diese Prüfoperationen werden im Folgenden kurz als Darstellungsprüfung (502) bezeichnet. Auf jeder Stufe (501) sollte jeder der auf dieser Stufe i entwickelten Entwürfe E_i,j mit j ∈ {1 ,...,m_i} daraufhin geprüft werden, ob und inwieweit er den Anforderungen im Hinblick auf die Unterstützung des Beobachtungslernens genügt. Mit der Darstellungsprüfung (502) wird also die Frage beantwortet, ob man sich auf der Grundlage der vorliegenden Veranschaulichung das Verhalten durch Beobachtungslernen aneignen kann.
Das Ergebnis der Darstellungsprüfung (502) sollte systematisch zur Weiterentwicklung des Entwurfs E_i,j genutzt wird. Wenn das Ergebnis negativ ausfällt, sollte man auf eine weitere Konkretisierung der Wiedergabe hinarbeiten, also zu einer konkreteren Stufe der Darstellung (504) übergehen. Bei einem positiven Ergebnis hat man bereits eine geeignete Stufe erreicht, der Konstruktionsprozess des Entwurfs E_i,j ist dann unter darstellungstechnischen Gesichtspunkten abgeschlossen (503).
Insofern ist für das erfindungsgemäße Verfahren nicht kennzeichnend, dass der Konstruktionsprozess immer erst auf der konkretesten Stufe der Darstellung endet, etwa in Form eines volumetrischen Videos. Beispielsweise reicht den Nutzern vielleicht schon ein Verhaltensprototyp in Form eines konventionellen Videos für die Aneignung eines Vortrags aus. Zudem können aufgrund beschränkter zeitlicher und materieller Ressourcen Kompromisse bei der Darstellung des Verhaltensprototyps eingegangen werden, so dass der Prozess bereits vor Erreichen des lerntechnischen Maximums abgeschlossen wird.
Die geeignete Kombination von Inhalts- und Darstellungsprüfung des Entwurfs E_i,j ist in 6 wiedergegeben. Zunächst erfolgt die Inhaltsprüfung (603) und bei einem positiven Ergebnis schließt sich daran die Darstellungsprüfung (605) an. In 7 ist eine integrierte Darstellung dieser Entscheidungsprozesse wiedergegeben, die in den folgenden umfangreicheren Flussdiagrammen verwendet wird. Die Prüfung (703) der beiden Aspekte des Entwurfs E_i,j hat vier mögliche Ergebnisse:

• Fortsetzung auf der aktuellen (702) oder der vorhergehenden Stufe (701): Inhaltsprüfung negativ und Korrekturmöglichkeit positiv
• Verwerfen (704): Inhaltsprüfung negativ und Korrekturmöglichkeit negativ oder Inhaltsprüfung positiv und Darstellungsprüfung negativ und letzte Stufe bereits erreicht
• Ende (705): Inhaltsprüfung positiv und Darstellungsprüfung positiv
• Fortsetzung auf der nächsten Stufe (706): Inhaltsprüfung positiv und Darstellungsprüfung negativ

In 8 ist in allgemeiner Form der Prozess des Verhaltensprotoyping mit der Abfolge der Stufen 1 bis n (802, 806, 807) und den Steuerungsmechanismen in integrierter Darstellung (803, 808) wiedergegeben. Nach jeder negativ ausgefallenen Inhaltsprüfung eines Entwurfs E_i,j mit j ∈ {1,...,m_i} wird untersucht, ob eine Korrektur der Defizite möglich ist. Im positiven Fall wird auf die aktuelle (802, 807) oder eine der vorherigen Stufen (802, 806) zurückgegangen, im negativen Fall wird der Entwurf verworfen (804, 809). Nach der Inhaltsprüfung erfolgt die Darstellungsprüfung. Ist das Ergebnis negativ, wird auf die nachfolgende Stufe übergegangen (806), es sei denn, man befindet sich schon auf der letzten Stufe (807), dann wird der Entwurf verworfen (809). Bei einem positiven Ergebnis ist die Konstruktion des Entwurfs E_i,j erfolgreich abgeschlossen (805, 810). Die dann vorliegende Darstellung kann als Verhaltensprototyp für das Beobachtungslernen verwendet werden. Insgesamt ist der Prozess durch eine Menge von Rückkopplungsschleifen charakterisiert. Auf jeder Stufe wird das Ergebnis der Stufe unter inhaltlichen und darstellungstechnischen Gesichtspunkten geprüft. Der Konstruktionsprozess ist dann erfolgreich beendet, wenn beide Kriterien positiv beurteilt werden.
Bei der Konstruktion des Verhaltensprototyps können auf beliebigen Stufen auch Methoden der künstlichen Intelligenz als Unterstützung eingesetzt werden. So besteht die Möglichkeit, dass die Verarbeitung der Ergebnisse zur Inhaltsprüfung mit technischen Mitteln unterstützt wird. Ein Beispiel ist eine neue Tanz-Choreographie, die aus einer Menge von bereits bekannten Figuren besteht. Sollte sich herausstellen, dass die Übergänge in der geplanten Reihenfolge nicht problemlos ausführbar sind, kann der Computer auf der Grundlage eines biomechanisch fundierten Expertensystems geeignetere Kombinationen von Figuren vorschlagen.
Einsatzmöglichkeiten für künstliche neuronale Netze ergeben sich z.B. bei der Nachproduktion. Einerseits ist es sinnvoll, im Rahmen des Konstruktionsprozesses auf Material aus anderen Quellen zurückzugreifen. Andererseits ist es von Vorteil, wenn auf der finalen Stufe das nachzuahmende Verhalten vom Nutzer selbst dargestellt wird, um damit den Effekt des „Self-Modeling“ zu erschließen. Hierzu können z.B. aus dem Bereich des Deep Learning stammende Techniken eingesetzt werden. Diese erlauben es, das Aussehen des Nutzers mit dem Verhalten anderer Personen zu kombinieren.
Es ist von Vorteil, wenn die Darstellung des Verhaltensprototyps nicht nur das nachzuahmende Verhalten selbst, sondern alle damit im Zusammenhang stehenden Hilfsmittel umfasst. Dabei handelt es sich um die Ausstattung des Modells, etwa dessen Kleidung, Makeup oder Requisiten. Darüber hinaus sollten die vom Modell verwendeten Geräte berücksichtigt werden, bei einem Vortrag etwa das Projektionsgerät, der Steuerungsrechner und der Laserpointer. Damit wird sichergestellt, dass keine Inkompatibilitäten zum vorgesehenen Verhalten auftreten, die dessen Ausführung beeinträchtigen oder diesem sogar entgegen stehen. Bei speziell angefertigten Hilfsmitteln können zudem durch ein virtuelles Prototyping Kosten eingespart werden. Auf den frühen Stufen werden für die Hilfsmittel virtuelle Prototypen verwendet, die dann auf späteren Stufen durch gegenständliche Prototypen ersetzt werden. Dadurch kann die Anzahl der in der Regel sehr teuren gegenständlichen Prototypen reduziert werden.
Weiter ist von Vorteil, wenn die Darstellung des Verhaltensprototyps nicht nur das nachzuahmende Verhalten selbst, sondern die damit im Zusammenhang stehenden Rahmenbedingungen umfasst und diese realitätsnah wiedergibt. Dieses Prinzip basiert auf der lernpsychologischen Erkenntnis, dass für einen zuverlässigen Transfer des erworbenen Wissens und Könnens die Lernbedingungen möglichst weitgehend mit den Ausführungsbedingungen für das Verhalten übereinstimmen sollten.
Bei den Rahmenbedingungen handelt es sich zum einen um die räumlichen und zeitlichen Gegebenheiten. Darüber hinaus sollten auch die anwesenden Personen berücksichtigt werden, etwa die erwartete Anzahl und ihr zu erwartendes Verhalten. Wird für die Darstellung des Verhaltensprototyps ein volumetrisches Video verwendet, können diese Rahmenbedingungen beispielsweise in einer computersimulierten Form mit dem volumetrischen Video verknüpft werden. Dann besteht die Möglichkeit, auch hier Inkompatibilitäten zum vorgesehenen Verhalten frühzeitig zu antizipieren und zu vermeiden.
Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden ein Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren und ein Ausführungsbeispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt.
Vortrag
In dem Ausführungsbeispiel für das Verfahren geht es um die Konstruktion eines Vortrags (9). Konkret möchte sich der Chief Executive Officer (CEO) eines großen Technologiekonzerns auf seinen Beitrag zu der Keynote-Präsentation auf der alljährlichen Entwicklerkonferenz vorbereiten und diese einstudieren. Allerdings hat er aufgrund seiner vielfältigen Verpflichtungen nur sehr wenig Zeit für die Vorbereitung. Deswegen möchte er mit einem Team von Mitarbeitern einen Verhaltensprototyp erstellen, den er für das Aneignen und Trainieren des Vortrags nutzen kann.
Um den Transfer des Erlernten sicherzustellen, soll der Verhaltensprototyp die geplante Präsentation bis ins Detail wiedergeben, wobei die besten hierfür verfügbaren Technologien zum Einsatz kommen können. Zudem sollen die technischen, räumlichen und organisatorischen Rahmenbedingungen der Präsentation ebenfalls dargestellt werden. Das betrifft beispielsweise die Ausstattung des CEO, die Präsentationsfolien, die Requisiten, die Bühne und das Publikum. Damit sollen zugleich alle Mitarbeiter vor, neben und auf der Bühne den Prototyp verwenden können, um sich optimal auf ihre Aufgaben vorzubereiten - von der Beleuchtung bis zur Projektionssteuerung.
Die Konstruktion eines solchen Verhaltensprototyps erfolgt in mehreren Stufen. Auf der finalen Stufe (918) wird ein volumetrisches Video produziert, das den CEO als Modell bei der Präsentation auf der hierfür vorgesehenen Bühne zeigt. Für das Beobachtungslernen kann er sich dieses volumetrische Video weitgehend unabhängig von Zeit und Ort in einem HMD ansehen und durch Nachahmung seine Präsentation erlernen. Um zu diesem Ergebnis zu gelangen, werden im Beispiel vier vorbereitende Stufen (902, 906, 910, 914) durchlaufen. Nach jeder Stufe sind jeweils Prüfoperationen vorzusehen (903, 907, 911, 915, 919). Den organisatorischen Rahmen dafür bilden insbesondere Entwurfsbesprechungen. Dabei wird zum einen geprüft, ob und inwieweit die bisher entwickelten Entwürfe des Verhaltensprototyps einschließlich der verwendeten Hilfsmittel inhaltlich den Erfordernissen entsprechen. Für jeden Entwurf sollte sich der CEO fragen, ob das Verhalten bereits so festgelegt und ausgearbeitet ist, dass er es in der projektierten Fassung ausführen möchte. Zum anderen wird geprüft, ob die Entwürfe sich unter darstellungstechnischen Gesichtspunkten für ein Beobachtungslernen eignen.
Auf der ersten Stufe (902) wird mit statischem Material gearbeitet. In einer einführenden Entwurfsbesprechung stellt der CEO ein erstes Konzept des Vortrags vor, mit seinen Überlegungen zu den wesentlichen Inhalten, die er kommunizieren möchte. Hierzu wird eine Menge von Kernaussagen formuliert, die die Module bilden, um die herum der Vortrag angelegt wird. Die Kernaussagen können beispielsweise in der Form einer Sprechblase mit einem dazugehörigen Foto des CEO repräsentiert werden. Dieses statische Material kann auf einem berührungssensitiven Großbildschirm frei angeordnet werden. Dabei wird auch diskutiert, welche unterstützenden Mittel eingesetzt werden sollen, etwa Präsentationsfolien und/oder Produktpräsentationen. Dieses Material wird dann den Kernaussagen auf dem Bildschirm zugeordnet. Nach der einführenden Entwurfsbesprechung werden die gesammelten Ideen von spezialisierten Mitgliedern des Teams weiter ausgearbeitet. Diese Entwürfe werden an alle Teammitglieder weitergegeben, als Vorbereitung auf die nächste Entwurfsbesprechung.
Zu Beginn der zweiten Entwurfsbesprechung werden die auf statischem Material beruhenden Entwürfe in eine vorläufige Endfassung gebracht. Dann wird zur zweiten Stufe (906) übergegangen, auf der das statische Material animiert wird, um den zeitlichen und räumlichen Ablauf des Vortrags wiederzugeben. In der Entwurfsbesprechung stellt der CEO seine Überlegungen hierzu vor, die dann vom gesamten Team weiter ausgearbeitet werden. Dazu wird ausgewähltes statisches Material auf dem berührungssensitiven Großbildschirm räumlich entsprechend den Aktionen auf der Bühne angeordnet. Durch Ein- und Ausblenden des Materials wird dann der zeitliche Ablauf simuliert. Nach der Entwurfsbesprechung werden die gesammelten Ideen von spezialisierten Mitgliedern des Teams dazu verwendet, die Animationen entsprechend weiter auszuarbeiten. Die Ergebnisse werden an alle Teammitglieder weitergegeben, als Vorbereitung auf die folgende Entwurfsbesprechung.
Im Rahmen der dritten Entwurfsbesprechung werden zunächst die animierten statischen Entwürfe in eine vorläufige Endfassung gebracht. Anschließend wird zur dritten Stufe (910) übergegangen, auf der das statische Material durch dynamische Elemente ersetzt wird. Als Vorbereitung entwerfen spezialisierte Mitglieder des Teams für die einzelnen Verhaltensmodule entsprechende Textbausteine und Aktionssequenzen. Diese werden als konventionelle Videos mit einem Teammitglied umgesetzt, das ein besonderes Talent für gute Präsentationen hat und dem CEO später als Modell dienen kann. Die Videos werden auf der Bühne aufgenommen, auf der die Präsentation stattfinden soll. Das Modell des CEO präsentiert den Text, zusammen mit der entsprechenden Gestik und Mimik. Die Aufnahmen haben die Funktion, einen möglichst konkreten Eindruck von der Präsentation zu vermitteln. Deshalb werden alle vorgesehenen Hilfsmittel verwendet, z.B. die Vortragsfolien, das Projektionsgerät und das Vortragsmikrophon. Weiterhin werden alle Rahmenbedingungen berücksichtigt, z.B. die Beleuchtung und das Soundsystem. Damit besteht die Möglichkeit, Inkompatibilitäten zwischen diesen Aspekten und den Verhaltensmodulen frühzeitig zu bemerken und zu beheben. Weiterhin erhält das Team auf, vor und neben der Bühne die Gelegenheit, sich mit seinen Aufgaben vertraut zu machen.
Dabei sollten zudem verschiedene Varianten aufgenommen werden, möglicherweise auch mit verschiedenen handelnden Personen, so dass der CEO in der dritten Entwurfsbesprechung über eine vielfältige Auswahl an Alternativen verfügt. In der Besprechung werden die geeignetsten dynamischen Elemente dazu verwendet, das entsprechende statische Material zu ersetzen, so dass man durch Abspielen der Animation einen ersten konkreten Eindruck von dem späteren Vortrag gewinnen kann. Der CEO gibt seine Rückmeldung und bespricht mit dem Team den Änderungsbedarf und die möglichen Alternativen. Dabei gilt hier wie für alle anderen Stufen: Wenn die Beurteilung der inhaltlichen Anforderungen negativ ausfällt, sind mehr oder weniger umfangreiche Änderungen vornehmen. Kleinere Änderungen können in der Regel auf der aktuellen Stufe umgesetzt werden. Bei einem großen Änderungsbedarf ist es häufig erforderlich, eine oder mehrere Stufen zurückzugehen, um anhand abstrakterer Darstellungsformen grundsätzliche konzeptionelle Änderungen vorzunehmen. Insgesamt ist davon auszugehen, dass auf jeder Stufe mehrere Iterationen erforderlich sind, um den inhaltlichen Vorstellungen des CEO gerecht zu werden.
Auf der vierten Stufe (914) des Verhaltensprototyping wird die Beobachtbarkeit des Prototyps optimiert. Um eine sich im Raum bewegende Person nachzuahmen, ist es grundsätzlich am günstigsten, sich hinter ihr herzubewegen und sie von hinten zu beobachten. Dies würde also nahelegen, dass konventionelle Videos produziert werden, in denen das Modell von hinten aufgenommen wird. Allerdings ist die Ansicht von vorne ebenfalls sehr wichtig, um die Gestik und Mimik beobachten zu können. Somit würde man also bei einem konventionellen Video zusätzlich eine zweite Kameraperspektive benötigen. Für die Beurteilung der Gesamtwirkung sind aber noch weitere Perspektiven von Bedeutung, etwa die aus dem Zuschauerraum. Und schließlich müssen auch die Perspektiven und Schnitte für die Übertragung des Vortrags als Livestream festgelegt werden. Deshalb ist es nur konsequent, wenn bei diesen Anforderungen die Technik volumetrischer Videos zum Einsatz kommt, in denen dann beliebige Perspektiven eingenommen werden können.
Entsprechend wird auf der vierten Stufe (914) ein volumetrisches Video produziert. Auf dieser Stufe werden zunächst ein oder mehrere Entwürfe mit dem Modell des CEO gemacht. Seine Ausstattung (Kleidung, Makeup, etc.) entspricht dabei der, die später für den CEO vorgesehen ist. Auch die Bühne mit der für die Präsentation vorgesehenen technischen Ausstattung wird in den Entwürfen dargestellt. Mit dieser Simulationstechnik können noch vor ihrer physischen Realisierung Varianten für die Bühnenkonstruktion ausprobiert und entsprechende Entscheidungen gefällt werden, so dass durch eine verringerte Zahl von gegenständlichen Prototypen Zeit und Kosten eingespart werden können.
Wieder erfolgen eine oder mehrere Entwurfsbesprechungen, in denen die Aufnahmen gemeinsam analysiert und der Änderungsbedarf festgelegt wird. Das Ergebnis der vierten Stufe ist dann ein volumetrisches Video, das der CEO bereits für sein Beobachtungslernen nutzen kann, aber auch alle anderen Beteiligten, um sich mit ihrer Rolle während des Vortrags vertraut zu machen, vom Beleuchter bis zu den Kameraleuten für den Livestream.
Auf der fünften Stufe (918) wird in den volumetrischen Aufnahmen das bisherige Modell durch den CEO ersetzt. Er wird also in den unmittelbaren Produktionsprozess integriert, indem nun im Studio Aufnahmen mit ihm als Vortragendem gemacht werden. Er verwendet dabei ein HMD, in dem die volumetrischen Aufnahmen aus der vierten Stufe wiedergegeben werden, so dass er sein Modell nachahmen kann. In den anschließenden Entwurfsbesprechungen wird auf der Grundlage dieser Aufnahmen der finale Verhaltensprototyp für das Beobachtungslernen des CEO festgelegt.
In diesem finalen Prototyp kann sich der CEO in 3D auf der Bühne beobachten, vor ihm ist das Publikum, hinter ihm die große Projektionsleinwand. Er folgt der Darstellung seiner selbst auf der Bühne und imitiert das Verhalten, den gesprochenen Text, die Interaktion mit den Requisiten, die Gestik und Mimik. Dabei kann er beliebige Perspektiven einnehmen, aus denen er die für ihn beste Sicht auf das Modell hat. Nach mehrmaligem Nachahmen kann der CEO damit beginnen, sich von seinem digitalen Modell unabhängig zu machen. Zunächst kann er das Modell leiser stellen, so dass seine eigene Stimme die Wiedergabe beherrscht. Später wird er sein Modell auch visuell ausschalten, so dass er auf der simulierten Bühne zunehmend auf sich alleine gestellt ist. Das volumetrische Video ist nicht nur für den CEO eine Unterstützung, sondern für das gesamte Team auf, vor und neben der Bühne, sie alle können sich durch Beobachtungslernen auf ihre Aufgaben vorbereiten.
Mit dieser intensiven Vorbereitung gewinnt der CEO eine besondere Sicherheit. Aus der Psychologie ist bekannt, dass das Gedächtnis durch eine multiple Kodierung der Informationen unterstützt wird. Mit seinen verschiedenen Stufen beinhaltet der Konstruktionsprozess genau eine solche multiple Kodierung, die von statischen Darstellungen und deren Animation über konventionelle Videos bis zu volumetrischen Videos reicht. Und mit diesen volumetrischen Videos kann der CEO die effektivste Methode anwenden, die in der Lernpsychologie bekannt ist. Die zusätzliche Sicherheit des CEO äußert sich darin, dass er über zusätzliche Kapazitäten zur Informationsverarbeitung verfügt. Und diese zusätzlichen Kapazitäten erlauben es ihm, spontan zu agieren und gegebenenfalls an dem ursprünglich geplanten Ablauf etwas zu ändern oder etwas einzuflechten. Diese Souveränität spüren die Zuschauer, selbst wenn der CEO von seiner zusätzlichen Freiheit nur wenig oder gar keinen Gebrauch machen sollte.
Tanz-Choreographie
Das Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung (10) behandelt inhaltlich die Konstruktion einer neuen Choreographie im Kontext des Paartanzes (Ballroom-Dancing). Beim konventionellen Vorgehen ist die Choreographie in der Regel nicht schriftlich oder in einer anderen Form fixiert, sondern wird vom Tanzlehrer während des Einzelunterrichts entwickelt und vermittelt. Damit steht das Tanzpaar während seines Trainings ohne Lehrer, dem sogenannten freien Training, vor einem Gedächtnisproblem. Häufig sind die beiden Partner unsicher über die korrekte Choreographie. Dies kann zu intensiven und zeitaufwändigen Diskussionen führen, und es ist gut möglich, dass sie sich letztlich nicht an die korrekte Choreographie erinnern und stattdessen etwas falsches einüben, was dann beim nächsten Unterricht vom Trainer korrigiert werden muss. Deshalb besteht die Gefahr, dass während des freien Trainings kein bedeutsamer Fortschritt erzielt werden kann, sondern eher negative Effekte für das persönliche Verhältnis der Tanzpartner sowie ihre sportliche Leistung zu befürchten sind.
Deshalb ist es von großem Nutzen, wenn der Tanzlehrer zusammen mit dem Tanzpaar eine möglichst konkrete Darstellung der neuen Choreographie als Verhaltensprototyp konstruiert, die das Paar dann während des freien Trainings für ein Beobachtungslernen verwenden kann. Idealerweise kann dann jeder der Tanzpartner mit dieser Darstellung auch zuhause üben, ohne Lehrer und Partner, so dass vollkommen selbstständig Trainingsfortschritte erzielt werden können. Im Ausführungsbeispiel wird vom Jugendtanzbereich ausgegangen, in dem sich die Choreographien aus einfacheren Standard-Figuren zusammensetzen.
Das Verhaltensprototyping erfolgt durchgängig digital und rechnerunterstützt, um eine Weiterverwendung der Ergebnisse von einer Stufe zur nächsten sicherzustellen. In dem Ausführungsbeispiel ist die Rechnereinheit (1001) für den mobilen Einsatz geeignet und weist einen berührungsempfindlichen Bildschirm aufweist, so dass die Hardware im Wesentlichen der eines Tabletcomputers entspricht. Die Oberfläche besteht aus einem Arbeitsbereich (1002) mit einer Schaltfläche zum Abruf und zur Bearbeitung von Metadaten für den aktuell behandelten Entwurf des Verhaltensprototyps (1003), der Schnittstelle zur Modul-Datenbank (1004), der Schnittstelle zur Prototyp-Datenbank (1005) sowie Steuerelementen für die drei Interaktionsbereiche (1006).
Die Darstellung der Objekte erfolgt nach dem Prinzip des WYSIWYG (What You See Is What You Get). Alle drei Bereiche beinhalten Vorschau-Darstellungen, um die Nutzung der zugrundeliegenden Datenstrukturen zu erleichtern. Das Interface der Modul-Datenbank (1004) zeigt Vorschau-Darstellungen der Tanzfiguren, die für die zu konstruierende Choreographie in Frage kommen, im Beispiel handelt es sich um Samba-Tanzfiguren. Diese sind in verschiedenen Darstellungsformen verfügbar, als Text, Skizze, Foto, konventionelles Video und volumetrisches Video. Auch im Interface der Prototyp-Datenbank (1005) wird jeweils eine vereinfachte Darstellung als Vorschau angeboten. Diese Objekte werden nach dem Prinzip der direkten Manipulation gehandhabt, etwa indem sie durch einfache Gesten auf dem Touchscreen in den Arbeitsbereich (1002) gezogen werden. Dort wird der Entwurf des Verhaltensprototyps ebenfalls in einer realitätsnahen Form dargestellt. So kann über die Steuerelemente (1006) unterhalb des Arbeitsbereichs (1002) die Wiedergabe von Videos und Animationen kontrolliert werden.
In 11 wird die Konstruktion eines Entwurfs im Arbeitsbereich (1101) für die erste Stufe dargestellt, auf der mit statischem Material gearbeitet wird. Auf dieser Stufe geht es vor allen Dingen darum, das vorgesehene Verhalten als Menge von Modulen zu strukturieren. Entsprechend werden aus der Modul-Datenbank diejenigen Figuren in den Arbeitsbereich (1101) gezogen, die zu der Choreographie gehören sollen. Wie in 11 dargestellt, sollte man diese Stufe als erste Materialsammlung ansehen, die auch etwas ungeordnet und redundant sein kann. Das Material für jede Figur wird in einem Bereich der Arbeitsfläche gesammelt. Dabei kann man für jede Figur mehrere Darstellungsmittel verwenden, also Text, Skizze und Foto. Mit den entsprechenden Fachbegriffen können die Figuren beschrieben werden. Darüber hinaus kann vorhandenes Bildmaterial verwendet werden, das einen ersten Eindruck von den Figuren vermittelt. Ein weiteres Darstellungsmittel sind von Hand erstellte Skizzen. Der Tanzlehrer kann auf dieser Grundlage das Tanzpaar Posen und Körperhaltungen einnehmen lassen, die für die Figuren charakteristisch sind, um die statische Darstellung mit entsprechenden Fotos des Paares anzureichern. Insofern kann also bereits auf dieser frühen Stufe das physische Training beginnen, indem statische Darstellungen anderer Paare zum Beobachtungslernen genutzt werden. Zudem besteht bereits jetzt die Möglichkeit, zusätzliche für die Konstruktion des Verhaltens relevante Aspekte mit zu berücksichtigen. Beispielsweise können Skizzen und Fotos das Tanzpaar in dem vorgesehenen Erscheinungsbild (z.B. Makeup, Frisur, Schuhe und Kleidung) zeigen.
Der Entwurf wird kontinuierlich bearbeitet, ergänzt und modifiziert und schließlich einer Inhalts- und Darstellungsprüfung unterzogen. Hierzu wird die Schaltfläche zum Abruf der Metadaten (1102) betätigt. In 12 ist eine mögliche Struktur dieser Daten (1202) dargestellt. Im Beispiel sind zunächst Basisinformationen aufgeführt, z.B. welcher Konstruktionsstufe der Entwurf zugeordnet ist und um welche Variante es sich handelt. Dann sind eine Menge von Kriterien für die Inhalts- und die Darstellungsprüfung genannt. Bei diesen Kriterien kann es sich um Standardkriterien handeln, die von der Vorrichtung bereitgestellt werden, sie können aber auch ganz oder teilweise von den Anwendern selbst formuliert werden. In dem Beispiel sind die inhaltlichen Kriterien erfüllt, so dass insgesamt die Inhaltsprüfung positiv ausfällt. Deshalb entfällt die Frage, ob die inhaltlichen Defizite korrigiert werden können. Nach der positiv verlaufenen Inhaltsprüfung schließt sich die Darstellungsprüfung an. Im Beispiel wird angenommen, dass diese Kriterien noch nicht erfüllt sind und die Prüfung negativ ausfällt. Insgesamt ist also das Ergebnis der Prüfung, dass der Entwurf auf der nächsten Stufe weiterentwickelt wird. Dabei ist zu berücksichtigen, dass sich die Kriterien auf den verschiedenen Stufen unterscheiden können. So werden auf den ersten Stufen allgemeinere und grundsätzlichere Kriterien verwendet, während sie auf den späteren Stufen zunehmend spezifischer und detaillierter sind.
Bei der Konstruktion einer Tanz-Choreographie ist es empfehlenswert, dass die Inhaltsprüfung vom Trainer vorgenommen wird. In der statischen Darstellung werden verschiedene Aspekte der Choreographie noch nicht explizit wiedergegeben, beispielsweise die Übergänge zwischen den Tanzfiguren. Der Trainer verfügt über die entsprechende Erfahrung, um mit seiner eigenen Vorstellung mögliche Probleme zu merken und gegebenenfalls Lösungen dafür zu finden. Bei der Darstellungsprüfung spielt dann auch die Auffassung des Tanzpaares eine wichtige Rolle.
Wenn auf einer Stufe mehrere Varianten des Entwurfs für einen Verhaltensprototyp konstruiert werden, kann man für die Prüfergebnisse eine Statistik anfertigen. Wird eine Teilmenge der Varianten inhaltlich positiv bewertet, kann mit ihnen die Konstruktion auf der nächsten Stufe fortgesetzt werden. Der Prüfprozess hat somit die Funktion eines Filters, mit dem inhaltlich problematische Entwürfe frühzeitig aussortiert und die Entwicklungsressourcen auf die vielversprechendsten Varianten konzentriert werden.
Bei der Inhaltsprüfung können auch Methoden der künstlichen Intelligenz zum Einsatz kommen. Auf der ersten Stufe ist z.B. von zentraler Bedeutung, ob für das Tanzpaar Schrittbegrenzungen gelten, sie also aufgrund des Alters und ihrer Startklasse bestimmte Figuren im Wettbewerb nicht zeigen dürfen. Damit ist die Konformität mit den Regeln für die Schrittbegrenzungen das zentrale inhaltliche Kriterium. Eine solche Prüfung kann vom Anwender selbst vorgenommen werden, wenn er über die entsprechenden Fachkenntnisse verfügt. Hier besteht aber auch die Möglichkeit des Einsatzes eines regelbasierten Expertensystems, das die Konformität automatisch überprüft.
Auf der zweiten Stufe (13) wird das statische Material für eine Animation des räumlichen und zeitlichen Ablaufs genutzt. Dazu bringt der Trainer das Material im Arbeitsbereich (1301) in eine räumliche Anordnung, die der späteren Ausführung der Figuren auf der Tanzfläche entspricht. In diesem Zusammenhang ist es sinnvoll, dass Form und Größe der Fläche, auf der das statische Material angeordnet wird, den späteren räumlichen Bedingungen für die Ausführung des Verhaltens entsprechen. In die Darstellung kann auch die voraussichtliche Position der Wertungsrichter eingetragen werden, um einen Eindruck von ihrer Perspektive zu erhalten, etwa ob sie eine gute Sicht auf die Highlights der Choreographie haben.
Der zeitliche Ablauf wird in 13 durch verbindende Pfeile zwischen den Modulen festgelegt. Diese Methode setzt voraus, dass die Module strikt sequentiell aufeinander folgen. Die Vorrichtung kann aber auch so ausgelegt werden, dass gleichzeitig mehrere Verhaltenskanäle bearbeitet werden können, durch die Implementierung von parallel ablaufenden Verhaltenssequenzen. Dies ist beispielsweise dann erforderlich, wenn mehrere Personen räumlich und zeitlich relativ unabhängig voneinander agieren, beispielsweise in einer Tanzgruppe.
Durch Betätigung einer Wiedergabe-Schaltfläche im Bereich der Steuerelemente (1303) erhalten die Anwender bereits eine anschauliche Vorschau des Entwurfs. Dabei werden die Figuren in der vorgesehenen Reihenfolge ein- und ausgeblendet. Nach dem Ende der Tanzfigur i wird also das Material zur Darstellung dieser Tanzfigur ausgeblendet und das Material zur Darstellung der Tanzfigur i+1 eingeblendet. Idealerweise entspricht bei der Wiedergabe der zeitliche Ablauf exakt dem bei der realen Ausführung der Choreographie, so dass die konstruierte Abfolge mit verschiedenen Samba-Musikstücken unterlegt werden kann, um einen ersten Eindruck von der Abstimmung der Bewegungsabläufe auf die Musik zu gewinnen.
Auch auf der zweiten Stufe wird die Inhaltsprüfung durchgeführt, um die Entwürfe auf dieser Stufe weiterzuentwickeln oder gegebenenfalls auf die erste Stufe zurückzugehen, wenn eine umfassendere Überarbeitung erforderlich ist. Bei einem positiven Ergebnis erfolgt die Darstellungsprüfung. Im Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Modellfunktion für das Tanzpaar noch nicht hinreichend ist, so dass zur nächsten Stufe übergegangen wird.
Auf der dritten Stufe (14) werden im Arbeitsbereich (1401) die statischen Elemente der Darstellung durch dynamische Elemente ersetzt. Für jede ausgewählte Figur wird ein Videoausschnitt eines anderen Tanzpaares herausgesucht, von dem der Trainer der Auffassung ist, dass die Ausführung vorbildlich ist. Dieses Video wird dann analog zu den statischen Elementen synchron zur Musik wiedergegeben (1403), nach dem Ende des Videos für Tanzfigur i beginnt also die Wiedergabe des Videos für Tanzfigur i+1. Diese Vorschau-Darstellung im Arbeitsbereich (1401) ist aber nur von eingeschränktem Wert für das Beobachtungslernen. Besser geeignet ist eine Vollbild-Darstellung in einem HMD, das über die Wiedergabe- oder Export-Funktionalität der Vorrichtung die Daten zur Darstellung eines zwischenzeitlichen Entwurfs oder des finalen Prototyps erhält. Beispielsweise kann das Tanzpaar die entsprechenden Darstellungen auf ihre Smartphones übertragen und die Geräte in einfache HMDs einlegen, die lediglich als Halterung für das Smartphone dienen. Dann kann sich das Paar während des Beobachtungslernens frei bewegen, den Verhaltensprototyp über das HMD beobachten und das darin dargestellte Modell nachahmen. Dies setzt allerdings voraus, dass das Tanzpaar in einer Räumlichkeit ohne Hindernisse trainiert, da das Paar bei einer solchen Anordnung von der visuellen Wahrnehmung der realen Umgebung abgeschirmt ist. Deshalb ist es vorzuziehen, ein HMD mit einer halbtransparenten Wiedergabeeinheit zu verwenden, so dass das Tanzpaar gleichzeitig den Prototyp und die reale Umgebung wahrnehmen kann.
Auch auf der dritten Stufe wird die Inhaltsprüfung durchgeführt, um den Entwurf auf dieser Stufe weiterzuentwickeln oder gegebenenfalls auch auf eine der beiden vorhergehenden zurückzugehen, wenn eine umfassendere Überarbeitung erforderlich sein sollte. Bei einem positiven Ergebnis erfolgt die Darstellungsprüfung. Die auf dieser Stufe verwendeten konventionell produzierten Videos sind zwar durchaus für das Beobachtungslernen geeignet. Andererseits sollte die Darstellung der zu erlernenden Choreographie mit der Form des Lernens kompatibel sein, die das Tanzpaar während des Unterrichts mit seinem Lehrer anwendet. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das Tanzpaar nicht einfach passiv neben dem Lehrer steht, sich dessen Verhaltensablauf ansieht, um diesen anschließend nachzuahmen. Dieses sequentielle Vorgehen würde voraussetzen, dass sehr viele Informationen gespeichert und anschließend wieder zuverlässig abgerufen werden müssen. Tatsächlich ahmen die Tanzschüler ihren Lehrer nach, indem sie ihm hinterher tanzen und seine Bewegungen mit geringer Verzögerung nachmachen. Deshalb wird das Tanzpaar mit den konventionell produzierten Videos als Verhaltensprototyp nicht zufrieden sein. Dieser Aspekt wird auf der folgenden Stufe bearbeitet.
Auf der vierten Stufe wird die Darstellung für das Beobachtungslernen weiter optimiert. Dazu kann der Trainer mit einer versierten Tanzpartnerin die Figuren vortanzen und wird dabei auf Video aufgezeichnet. Idealerweise werden dann sowohl der Trainer als auch seine Partnerin von hinten mit einer nachgeführten Kamera aufgenommen. Das heißt, die Tanzschüler verfolgen mit einer konventionellen Kamera das Trainerpaar, so wie sie es tun, wenn sie ihnen beim Beobachtungslernen direkt hinterher tanzen.
Wie auf den vorhergehenden Stufen besteht auch auf dieser die Möglichkeit, Änderungen an der Choreographie vorzunehmen, falls sich dies als notwendig erweisen sollte. Und auch eine Rückkehr zu vorhergehenden Stufen der Konstruktion ist möglich. Deshalb sollte der modulare Ansatz weiterhin verfolgt werden. Das heißt, wenn das Trainerpaar die gesamte Choreographie durchtanzt, sollte diese Aufnahme in die einzelnen Tanzfiguren aufgeteilt werden. Damit können weiterhin Änderungen und Umstellungen an der Choreographie vorgenommen werden, ohne dass die zugrundeliegende Aufnahme komplett verworfen werden muss.
Zudem ist zu berücksichtigen, dass bei dem skizzierten Ausführungsbeispiel gegebenenfalls rekursiv vorgegangen werden muss. Jede Tanzfigur besteht aus einer Abfolge von Einzelbewegungen, die sich das Tanzpaar möglicherweise nicht unmittelbar aneignen kann, selbst aus einer für das Beobachtungslernen optimalen Perspektive. Dann ist es sinnvoll, eine solche Tanzfigur zum Gegenstand eines gesonderten Konstruktionsprozesses zu machen und einen Verhaltensprototyp für die Abfolge der Einzelbewegungen zu erstellen. Dieser Prototyp wird dann zu einem Modul innerhalb der Choreographie.
Auf der fünften Stufe wird das zusätzliche Potential des „Self-Modeling“ erschlossen. Auf dieser Stufe werden vom Paar einzelne Figuren trainiert und ihr Verhalten wird aufgenommen. Die Aufnahmen dienen also zur Dokumentation des jeweiligen Leistungsstandes und können einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess anleiten. Ist der Trainer mit der Ausführung einer Figur zufrieden, kann die entsprechende Aufnahme diejenige mit den anderen Modellen ersetzen. Im Ergebnis erhält man auf diese Weise eine Darstellung der Choreographie, wie sie in bestmöglicher Form vom Tanzpaar selbst gezeigt wird. Diese Darstellung ist dann ideal für die Vorbereitung des Paares auf seine Wettbewerbe.
Im Ausführungsbeispiel für die Vorrichtung wurde als zentrales Gerät ein Tabletcomputer verwendet. Eine solche einfache Ausstattung hat verschiedene Vorteile. Man ist auf diese Weise mobil, bei der Erstellung von Choreographien wird der Trainer insbesondere während des Trainings mit seinem Tanzpaaren unmittelbar neue Ideen und Überlegungen in die Entwürfe einarbeiten wollen. Über eingebaute Aufzeichnungsgeräte wie Kamera und Mikrophon kann er zudem neue Elemente für die Modul-Datenbank erzeugen und unmittelbar in die Entwürfe einfügen. Dieser mobile Ansatz beinhaltet allerdings Kompromisse in Bezug auf die Größe des Bildschirms, der eigentlich idealerweise mindestens ebenso groß wie der an CAD-Arbeitsplätzen sein sollte. Hier sollte dann die Möglichkeit bestehen, an den Tabletcomputer gegebenenfalls verfügbare großflächige Touchscreens anzuschließen. Ein zweiter Kompromiss betrifft die realitätsnahe Darstellung des Verhaltensprototyps für das Beobachtungslernen, die spezialisierte Hardware erfordert, idealerweise HMDs mit halbtransparenten Wiedergabeeinheiten.
Weitere Vorteile können realisiert werden, indem bei dem Verhaltensprototyping hochwertigere Medien eingesetzt werden. Eine technische Alternative ist die Verwendung von 360-Grad-Videos. Dann sind die Tanzschüler nicht auf die während der Aufnahme eingenommene Perspektive beschränkt, sondern können die Szene auch aus anderen Blickwinkeln betrachten. Diese Flexibilität ist bei volumetrischen Videos am größten, in denen der Betrachter die Perspektive idealerweise in allen sechs Freiheitsgraden auswählen und damit jeweils die für ihn optimale Beobachtungsposition einnehmen kann.
Durch die Konstruktion eines Verhaltensprototyps in dem hier betrachteten Gegenstandsbereich können verschiedene Vorteile realisiert werden. Der zentrale Nutzen liegt darin, dass dem Tanzpaar eine eindeutige und detaillierte Darstellung der Choreographie zur Verfügung steht, die das Paar während des freien Trainings oder auch einzeln beim häuslichen Training verwenden kann. Dies wirkt sich positiv auf die Qualität und Quantität des Trainings aus. Zudem können zusammen mit dem Trainer anhand der eigenen Aufnahmen immer wieder Optimierungen vorgenommen werden, die dann in aktualisierten Versionen des Verhaltensprototyps dokumentiert werden. Das Verfahren unterstützt damit einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess. Für den Trainer besteht ein zusätzlicher Nutzen darin, dass er die erstellten Verhaltensmodule und Verhaltensprototypen als Grundlage dafür nehmen kann, um mit geringem Aufwand Choreographien für andere Paare zu konstruieren.
Die Intention der Erfindung soll abschließend mit einem Zitat von Konfuzius (551 v.Chr. - 479 v.Chr.) illustriert werden: „Der Mensch hat dreierlei Wege klug zu Handeln: erstens durch Nachdenken, das ist der edelste, zweitens durch Nachahmen, das ist der leichteste, und drittens durch Erfahrung, das ist der bitterste.“ In diesem begrifflichen Kontext besteht die Erfindung darin, den Weg zu einem klugen Handeln mit den genannten technischen Mitteln zu erleichtern, indem der Weg des Nachdenkens in den Weg der Nachahmung mündet, so dass der Weg der bitteren Erfahrung erspart bleibt.

Claims

Verfahren zur rechnerunterstützten Aneignung von neuartigem Verhalten für einen oder mehrere Anwender, dadurch gekennzeichnet, dass in einem als Verhaltensprototyping bezeichneten systematischen und iterativen Prozess über eine oder mehrere Stufen ein oder mehrere Prototypen des neuartigen Verhaltens in einem Format konstruiert werden, in dem diese primär zum Beobachtungslernen genutzt werden können, wobei die Anwender für eine gegebene Aufgabenstellung zunächst eine geeignete Verhaltenskategorie definieren, für die das neuartige Verhalten erstellt werden soll, und dann für diese Verhaltenskategorie das Verhaltensprototyping ausführen, in dessen Rahmen eine Menge von Entwürfen E_i,j für den Prototyp in geeigneten Darstellungsformen erzeugt wird, wobei der Konstruktionsprozess (801 - 810) sowohl durch Inhaltsprüfungen als auch Darstellungsprüfungen (803, 808) gesteuert wird, wobei für den Konstruktionsprozess auf beliebigen Stufen auch Methoden der künstlichen Intelligenz in Form von Expertensystemen und/oder künstlichen neuronalen Netzen als Unterstützung eingesetzt werden, wobei der Prozess sich über eine oder mehrere Stufen i mit i ∈ {1,...,n} erstreckt, auf denen jeweils eine sukzessiv weiterentwickelte Version i des Prototyps erstellt wird, wobei auf jeder Stufe i eine oder mehrere Varianten j mit j ∈ {1 der entsprechenden Version i konstruiert werden, wobei die Grundlage der Konstruktion eine Menge von Verhaltensmodulen bildet, die von den Anwendern des Verfahrens produziert oder aus anderen Quellen übernommen werden, aus der eine Teilmenge ausgewählt und die entsprechenden Module in eine zeitlich und räumlich zweckmäßige Anordnung gebracht werden, wobei der Anwender des Verfahrens mit dem Modell in dem Verhaltensprototyp und dem Nutzer des Prototyps für das Beobachtungslernen identisch sein kann, alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, dass es sich jeweils um unterschiedliche Personen oder Personengruppen handelt, wobei diejenigen Entwürfe E_i,j der Versionen i und Varianten j, die sich bei dem Verfahren als inhaltlich und lerntechnisch besonders geeignet herausstellen, als Verhaltensprototyp primär für das Beobachtungslernen verwendet werden, um sich das neuartige Verhalten anzueignen und die Fähigkeit zu erwerben, es unmittelbar oder mit zeitlicher Verzögerung zu reproduzieren.
Vorrichtung zur rechnerunterstützten Aneignung von neuartigem Verhalten für einen oder mehrere Anwender, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rechnereinheit mit Funktionalitäten für ein Verhaltensprototyping ausgestattet ist, mit denen die Anwender in einem systematischen und iterativen Prozess über eine oder mehrere Stufen ein oder mehrere Prototypen des neuartigen Verhaltens in einem Format konstruieren, in dem diese primär zum Beobachtungslernen genutzt werden können, wobei die Rechnereinheit aus einer oder mehreren Speicher- und Verarbeitungseinheiten besteht und mit ihrer Umgebung über Ein- und Ausgabeeinheiten interagiert, wobei die grundlegenden Funktionalitäten der Arbeitsbereich, die Datenbank mit Verhaltensmodulen (Modul-Datenbank), die Datenbank mit Entwürfen für den Verhaltensprototyp (Prototyp-Datenbank), sowie Input-Funktionalitäten (Eingabe und Import) und Output-Funktionalitäten (Wiedergabe und Export) sind, wobei das zentrale Interaktionselement für die Anwender der Arbeitsbereich ist, in dem sie auf der Grundlage der Inhalte der Modul-Datenbank eine Menge von Entwürfen E_i,j für den Prototyp in einer geeigneten Form konstruieren und editieren, die dann in der Prototyp-Datenbank abgelegt werden, wobei der Konstruktionsprozess (801 - 810) sowohl durch Inhaltsprüfungen als auch Darstellungsprüfungen (803, 808) gesteuert wird, wobei für den Konstruktionsprozess auf beliebigen Stufen auch Methoden der künstlichen Intelligenz in Form von Expertensystemen und/oder künstlichen neuronalen Netzen als Unterstützung eingesetzt werden, wobei sich die Konstruktion der Entwürfe E_i,j über eine oder mehrere Stufen i mit i ∈ {1,...,n} erstreckt, auf denen jeweils eine sukzessiv weiterentwickelte Version i des Prototyps erstellt wird, wobei auf jeder Stufe i eine oder mehrere Varianten j mit j ∈ {1,...,m_i} der entsprechenden Version i konstruiert werden, wobei in der Modul-Datenbank Darstellungen von Verhalten in beliebigen Formaten, aus beliebigen Quellen und mit beliebigen als Modell fungierenden Personen abgelegt sind, die über Import- und Eingabefunktionalitäten in die Datenbank aufgenommen werden, wobei der Arbeitsbereich zur Darstellung der Entwürfe E_i,j des Verhaltensprototyps verwendet wird, indem solches Material aus der Modul-Datenbank entnommen wird, das für die Aufgabenstellung, die gewählte Verhaltenskategorie und die aktuelle Stufe des Konstruktionsprozesses geeignet ist, um dieses Material im Arbeitsbereich räumlich und zeitlich anzuordnen, wobei der jeweils bearbeitete Entwurf für den Prototyp in der Prototyp-Datenbank abgelegt und zur weiteren Bearbeitung von dort wieder abgerufen werden kann, aus der diejenigen Entwürfe E_i,j der Versionen i und Varianten j ausgewählt werden, die inhaltlich und lerntechnisch besonders geeignet sind, und über Funktionalitäten für Wiedergabe und Export als Verhaltensprototypen primär für das Beobachtungslernen verwendet werden, um sich das neuartige Verhalten anzueignen und die Fähigkeit zu erwerben, es unmittelbar oder mit zeitlicher Verzögerung zu reproduzieren.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass erforderlichenfalls ein oder mehrere Verhaltensmodule ihrerseits in eine Sequenz von Verhaltensmodulen aufgelöst werden, die dann während des Konstruktionsprozesses rekursiv bearbeitet werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Konstruktion des Verhaltensprototyps auf den ersten Stufen mit relativ einfachen Darstellungsmethoden operiert und auf den folgenden Stufen zu immer aufwändigeren Darstellungsmethoden übergegangen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Konstruktion des Verhaltensprototyps solche Methoden und Werkzeuge verwendet werden, die eine Weiterverwertung der Ergebnisse auf den nachfolgenden Stufen zulassen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Stufe i eine Inhaltsprüfung der auf dieser Stufe entwickelten Entwürfe E_i,j für den Verhaltensprototyp vorgenommen wird, bei der geprüft wird, ob und inwieweit der Entwurf E_i,j mit j ∈ {1,...,m;} inhaltlich den Anforderungen entspricht, wobei das Ergebnis der Prüfung systematisch zur entsprechenden Weiterentwicklung des Entwurfs E_i,j genutzt wird, bei einem negativen Ergebnis durch Änderung des Entwurfs E_i,j auf der aktuellen oder einer der vorangegangenen Stufen, wobei alternativ auch ein Verwerfen des Entwurfs E_i,j in Frage kommt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder Stufe i eine Darstellungsprüfung der auf dieser Stufe entwickelten Entwürfe E_i,j für den Verhaltensprototyp vorgenommen wird, bei der geprüft wird, ob und inwieweit der Entwurf E_i,j mit j ∈ {1 .....m_i} den Anforderungen im Hinblick auf die Unterstützung des Beobachtungslernens genügt, wobei das Ergebnis der Prüfung systematisch zur entsprechenden Weiterentwicklung des Entwurf E_i,j genutzt wird, bei einem negativen Ergebnis durch eine weitere Konkretisierung durch Übergang zu einer nächsten Stufe der Darstellung, andernfalls ist der Konstruktionsprozess für den Entwurf E_i,j unter darstellungstechnischen Gesichtspunkten abgeschlossen.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung des Verhaltensprototyps zusätzlich zu dem nachzuahmenden Verhalten auch die damit im Zusammenhang stehenden Hilfsmittel umfasst und diese realitätsnah wiedergibt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Darstellung des Verhaltensprototyps zusätzlich zu dem nachzuahmenden Verhalten auch die damit im Zusammenhang stehenden Rahmenbedingungen umfasst und diese realitätsnah wiedergibt.