"Höhenflug". Konzept eines BCI-Computerspiels zur Höhenangst-Reduktion E-Book

Matthias Weber

• Herausgeber: GRIN Verlag
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2015

Beschreibung

Masterarbeit aus dem Jahr 2015 im Fachbereich Informatik - Sonstiges, Technische Universität Chemnitz, Sprache: Deutsch, Abstract: Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Konzept für ein BCI- bzw. EEG-Biofeedback-Computerspiel zu entwickeln, wobei die Bezeichnung Spiel zu diskutieren ist. Dabei sollen aktuelle Erkenntnisse und Prinzipien aus ähnlichen Arbeiten anderer Autoren Beachtung finden. Wünschenswert wäre ein höhenangsttherapeutischer Nutzen.

Leseprobe

Impressum:

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Inhaltsverzeichnis

1 Abbildungsverzeichnis

2 Einleitung

3 Serious Game

3.1 Definition

3.2 Ähnliche Begriffe

3.3 Affective Game

3.4 Komponenten

3.5 For Health

3.5.1 Einsatzgebiete, Ziele und Zielgruppen

3.5.2 Klassifizierung

3.5.3 Interaktionswerkzeuge

3.5.4 Spiel-Engines

3.5.5 Effekt

3.5.6 Weitere Beispiele

3.6 Fazit

4 Angst

4.1 Therapie

5 Sensoren

5.1 Bewegungs-/ Raumsensoren

5.2 Biosensoren und Biofeedback

5.3 Neurofeedback, EEG-Sensoren und BCIs

5.3.1 EEG-Computerspiele und -Beispiele

5.3.2 EPOC und Computerspiele

5.3.3 Mindwave und Computerspiele

6 Spiel-Engines

6.1 Unreal Engine versus Unity

6.2 Unreal Engine plus Mindwave Beispiele

6.3 Unity plus Mindwave Beispiele

7 Oculus Rift

8 ‚Höhenflug‘

8.1 Inspiration

8.2 Vorüberlegungen

8.2.1 Allgemeines

8.2.2 Prinzipien

8.2.3 Steuerung

8.3 Spielentwicklung mit Unity

8.3.1 Gestaltung

8.3.2 Quelltexte

8.4 Erweiterungen und Verbesserungen

9 Schluss

10 Quellen

11 Anhang

11.1 Quelltext

11.2 Danksagung, Gender-Disclaimer

1 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Anzahl Serious Games 1989-2012 (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 234)

Abbildung 2: Ähnliche Begriffe zu Serious Game (Kasperczak, 2013, S. 4)

Abbildung 3: (Serious-)Game-Komponenten (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 232)

Abbildung 4: Serious-Game-Entwicklungs-Komponenten (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 233)

Abbildung 5: Maslows Bedürfnis-Pyramide (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 232)

Abbildung 6: SG4H-Klassifizierung (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 235)

Abbildung 7: SG4H-Interaktionsmethoden (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 243)

Abbildung 8: SG4H-Spiel-Engines (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 244)

Abbildung 9: Fatworld

Abbildung 10: Outbreak at Watersedge

Abbildung 11: Re-Mission

Abbildung 12: Carmen‘s bright IDEAS

Abbildung 13: ErgoActive

Abbildung 14: BalanceFit

Abbildung 15: Elm City Stories

Abbildung 16: FearNot!

Abbildung 17: Virtuelle Expositionstherapie (Runte, 2011, S. 8)

Abbildung 18: Sensorenübersicht (Christy & Kuncheva, 2014, online)

Abbildung 19: LEAP Motion

Abbildung 20: Real Sense 3D

Abbildung 21: NeXus

Abbildung 22: TrueSense (TrueSense Exploration Kit Descriptions, 2015, online)

Abbildung 23: Beispielaufzeichnung von EEG-Wellen (Chak, 2010, S. 25)

Abbildung 24: Hirnstromwellen-Frequenzbänder (Jillich, 2014, S. 32)

Abbildung 25: Hirnstromwellen-Frequenzbänder (MindWave Mobile User Guide, 2012, S. 12)

Abbildung 26: EEG-Interpretation (Cho & Lee, 2011, S. 2)

Abbildung 27: EEG-Interretation (Wang et al., 2010, S. 5)

Abbildung 28: Erstes BCI-Computerspiel (Vidal, 1977, S. 637)

Abbildung 29: Mindball

Abbildung 30: MindBalance (Lecuyer et al., 2008, S. 2)

Abbildung 31: BCI-Pac-Man (Krepki et al., 2007, online)

Abbildung 32: BrainBasher (Plass-Oude Bos et al., 2010, S. 160)

Abbildung 33: EMOShooter (Saari et al., 2009, online)

Abbildung 34: AlphaWoW (Plass-Oude Bos et al., 2010, S. 163)

Abbildung 35: Bacteria Hunt (Plass-Oude Bos et al., 2010, S. 170)

Abbildung 36: Emotiv EPOC

Abbildung 37: FREE (FREE, 2015, online)

Abbildung 38: StoneHenge (StoneHenge, 2015, online)

Abbildung 39: Homecoming (Homecoming, 2015, online)

Abbildung 40: Spirit Mountain Demo Game (Spirit Mountain Demo Game, 2015, online)

Abbildung 41: Dancing Robot und Brain Chi (Wang et al., 2010, S. 6)

Abbildung 42: Son of Nor

Abbildung 43: Mindwave (MindWave Mobile User Guide, 2012, S. 5 / S. 11)

Abbildung 44: Mindwave-Daten (Chak, 2010, S. 21)

Abbildung 45: Diagramm zu „Geist erscheint“ (Chak, 2010, S. 44)

Abbildung 46: The Adventures of NeuroBoy (The Adventures of NeuroBoy, 2015, online)

Abbildung 47: Judecca (Chack, 2010, S. 15)

Abbildung 48: Spiel-Engine-Kontextdiagramm (Chak, 2011b, S. 22)

Abbildung 49: ‚Konzentrationsturm‘ (Jackie Liu 2014: 0:50-0:59) und „Mind Shield“ (Chak, 2011b, S. 79)

Abbildung 50: Throw Trucks with your Mind!

Abbildung 51: Licht und Nebel (Cho & Lee 2014, S. 7)

Abbildung 52: Autorennspiel (Jillich, 2014, S. 73)

Abbildung 53: „Palace fire scene“ (Jillich ,2014, S. 72)

Abbildung 54: Oculus Rift DK2

Abbildung 55: VRET bzgl. Höhenangst

Abbildung 56: pit room (Sanchez-Vives & Slater, 2005, S. 336)

Abbildung 57: Islands (PlayMancer, 2008, online)

Abbildung 58: Great Power (VRWiki, 2013, online)

Abbildung 59: Soar (Ponczek, 2013, online)

Abbildung 60: DEEP (vgl. Ginx - Videogaming Television 2015)

Abbildung 61: Nevermind (TJ Smith Gaming 2015)

Abbildung 62: EEG-Spiel-Grundprinzip (Cho & Lee, 2011, S. 2)

Abbildung 63: Heißluftballon-Zündflamme

Abbildung 64: GUI

Abbildung 65: Pause-Menü

2 Einleitung

Computerspiele haben eine mehr als 50-jährige Historie und sind mittlerweile ein fester Bestandteil der Alltagskultur vieler Menschen sowie ein bedeutsamer Wirtschaftszweig. Allein in Deutschland betrug der Umsatz in der Games-Branche im Jahr 2013 ca. 1,8 Milliarden Euro (vgl. Bundesverband Interaktive Unterhaltungssoftware e.V., 2015, online). Zum Vergleich: Der Umsatz bei Kinofilmen betrug hierzulande im gleichen Jahr ca. eine Milliarde Euro (vgl. Filmförderungsanstalt, 2015, online). Auch die kulturelle Bedeutung von Computerspielen ist unbestreitbar, wie auch der Geschäftsführer des Deutschen Kulturrates, Olaf Zimmermann, zum Ausdruck brachte: „Computerspiele sind ein Kulturgut. Sie müssen als solches behandelt werden und verdienen eine öffentliche Förderung“ (Deutscher Kulturrat, 2015, online; Weber, 2009, S. 3).

In der Computerspiel-Geschichte waren es auch immer wieder neue Interaktionsformen, die als Motoren die Computerspiel-Entwicklung vorantrieben (Chak, 2010, S. 1): „Since the invention of digital games, human has been actively pursuing new kinds of interfaces which enable communication between the games and the players“ (Chak, 2010, S. 4). Manche sehen bereits die Möglichkeiten der in jüngster Vergangenheit aufgekommenen Bewegungs-Controller wie bspw. Microsofts Kinect erschöpft und Biofeedback wie bspw. Brain-Computer-Interfaces (kurz: BCIs) als nächste große Innovation im Bereich Eingabegeräte (vgl. Chak, 2010, S. 1). Diese Prognose bekräftigend ist zu beobachten, dass, um beim Biofeedback-Beispiel BCI zu bleiben, derartige BCIs auch für den normalen Verbrauchermarkt und zu immer geringeren Preisen angeboten werden (vgl. Chak, 2010, S. 6). Allerdings sind bislang wenige Spiele erhältlich, die von BCIs Gebrauch machen. Biofeedback- und BCI-Spiele fristen also derzeit noch ein Nischendasein. Aber verschiedene Stimmen prognostizieren derartigen Spielen eine wachsende Bedeutung in der Zukunft, wie z.B. Erin Reynolds, Spieldesignerin des Biofeedback-Spiels Nevermind (siehe Kapitel 8.1):

 „I strongly believe that biofeedback technology is the next step for player interaction in interactive entertainment […] biofeedback enhanced game experiences are among the major next steps in gaming evolution. By using biofeedback sensors, the game is able to not only listen to the player’s conscious intentions, but also to listen to the player’s subconscious feelings and raw reactions. This possibility adds an entirely new level of immersion to the experience“ (Reynolds, 2012, S. 51f.).

Biofeedback- und BCI-Spiele lassen sich klassifizieren als sog. Serious Games bzw. als Serious Games for Health (kurz: SG4H; siehe Kapitel3.5).

Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Konzept für ein BCI- bzw. EEG-Biofeedback-Computerspiel zu entwickeln, wobei die Bezeichnung Spiel zu diskutieren ist. Dabei sollen aktuelle Erkenntnisse und Prinzipien aus ähnlichen Arbeiten anderer Autoren Beachtung finden. Wünschenswert wäre ein höhenangsttherapeutischer Nutzen.

Zur Einordnung der vorliegenden Arbeit: Spieldesignerin Erin Reynolds äußerte 2012, Serious Games for Health seien immer noch relatives Neuland, in welchem die verschiedenen, an solch einem Spiel zu beteiligenden Disziplinen noch unzureichend zusammenarbeiten würden und somit noch kein echter Konsens dahingehend bestünde, ein SG4H zu entwickeln, welches Spaß mache und einen therapeutischen Nutzen habe (vgl. Reynolds, 2012, S. 81).

Auch 2015 ist diese Problematik noch aktuell und auch die Entwicklungsarbeit im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird diesem Anspruch nur ungenügend gerecht und verdeutlicht die Problematik vielmehr.

Zur Gliederung der vorliegenden Arbeit: In Kapitel3soll zunächst der Begriff Serious Game und ähnliche beleuchtet werden. Nach einer kurzen Behandlung des Themas Angst in Kapitel 4 geht es in Kapitel 5 um Sensoren – speziell auch um die Auswahl eines geeigneten Sensors für das Vorhaben im Rahmen der vorliegenden Arbeit. Im Anschluss werden im Kapitel 6 sog. Spiel-Engines vorgestellt, verglichen und wiederum eine Auswahl für die vorliegende Arbeit getroffen. Kapitel 7 beschäftigt sich mit dem Head-Mounted Display Oculus Rift und dessen Integrationsmöglichkeit ins Projekt zur vorliegenden Arbeit. Das Kapitel 8 setzt sich mit der konkreten Verwirklichung der erwähnten Projektidee zu einer Anwendung (Software) auseinander. Im Kapitel 9 wird ein Fazit gezogen.

3 Serious Game

In diesem Kapitel sollen zunächst der Begriff Serious Game und ähnliche Begriffe thematisiert werden.

3.1 Definition

Der Terminus Serious Game wurde schon 1971 von Clark C. Abt in seinem Buch mit gleichem Namen genannt, wenngleich es hierbei noch nicht direkt um digitale Spiele wie man sie heute kennt ging und gehen konnte. 2002 sorgte dann das Spiel America’s Army, welches zu Rekrutierungszwecken von der United States Army angeboten wurde, für eine Etablierung des Begriffs. In der Folgezeit festigte sich der Begriff zudem durch zunehmende Forschung in diese Richtung sowohl im anglofonen Kulturkreis als auch ab 2007 in ganz Europa (vgl. Kasperczak, 2013, S. 2; vgl. Lampert et al., 2009, S. 2). Im gleichen Jahr fand in Deutschland erstmals die Serious Games Conference statt und das hessische Wirtschaftsministerium initiierte den Serious Games Award (Lampert et al., 2009, S. 3). Die zunehmende Bedeutung von Serious Games lässt sich auch an deren steigender Anzahl in den letzten Jahren ablesen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Anzahl Serious Games 1989-2012 (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 234)

Eine klare, homogene und abgrenzende Definition des Begriffs Serious Game ist und bleibt schwierig. Zunächst sei bezüglich des Terminus Game die häufig zitierte Erklärung Huizingas angeführt: „A game is a physical or mental contest with a goal or objective, played according to a framework, or a set of rules, which determines what a player can and cannot do inside a game world.“ (Wattanasoontorn et al., 2013, S. 232)

Problematischer wird die Begriffsbestimmung hinsichtlich des gesamten Terminus Serious Game. Vielfach findet sich dabei die Betonung eines realweltlichen Wissenstransfers: „In our definition, serious games are computer games that impart knowledge, train capabilities as well as enable them to apply this knowledge meaningful. The knowledge is transferable into the ‚real world‘“ (Radkowski et al., 2011, S. 45).

Clark C. Abt fokussierte den Bildungszweck: „Wir haben es hier mit ernsten Spielen in dem Sinne zu tun, dass diese Spiele einen ausdrücklichen und sorgfältig durchdachten Bildungszweck verfolgen und nicht in erster Linie zur Unterhaltung gedacht sind“ (Lampert et al., 2009, S. 3; Abt, 1971, S. 26). Oder ähnlich formuliert: „serious games can be defined as (digital) games used for purposes other than mere entertainment“ (Yessad et al., 2013, S. 56). Im Prinzip scheint diese grundsätzliche Auffassung der Verbindung von Unterhaltung und Bildung unverändert. So versteht p.e. das Netzwerk Serious Games Berlin Serious Games kurz gefasst wie folgt: „Unter Nutzung von Technologien und Spieldesign-Prinzipien aus dem Unterhaltungssoftware-Bereich werden nützliche Inhalte (serious) mit angenehmen Emotionen (game) verbunden“ (Serious Games Berlin , 2012, online).

Hieraus ergibt sich jedoch die Frage, was als bildender und nützlicher Anteil im Spiel angesehen werden kann. Dies scheint zumindest teilweise subjektiv. Denkbar sind hierbei sowohl Serious Games welche ihren eigentlichen Bildungszweck verfehlen als auch ‚Unterhaltungsspiele‘, die quasi als nicht intendierten Nebeneffekt Inhalte vermitteln, die vom jeweiligen Spieler als nützlich empfunden werden. Die in der Literatur zu findende Unterscheidung zwischen Unterhaltungsspielen und Serious Games ist also keineswegs immer trennscharf (vgl. Kasperczak, 2013, S. 3).

Der potentielle Nutzen von Serious Games kennt vielfältige Ausprägungen, u.a.:

- Handlungstraining

- Testsimulation der Wirklichkeit

- Problemlösungskompetenz-Steigerung

- Wissensvermittlung und kognitives Training

(vgl. Serious Games Berlin , 2012, online).

Die Vorteile liegen dabei auf der Hand, wie bspw.:

- Vermeidung realer Konsequenzen / Risiken

- sofortige Fehlerkontrolle und Lernen aus Fehlern

- Lernen als selbstorganisierter, kognitiver Prozess

- oft Kostenersparnis gegenüber realweltlichem Lernszenario

(vgl. Serious Games Berlin, 2012, online).

Serious Games können zielgruppenspezifisch ausgerichtet sein und sich an den verschiedensten Computerspiel-Genres orientieren. Eine Einteilung in Genre-Kategorien lässt sich wie folgt vornehmen:

- Military games

- Government games

- Corporate Games

- Educational games

- Healthcare games

(vgl. Mayr & Petta, 2013, S. 57).

Serious Games an sich bilden also kein eigenes Genre im herkömmlichen Sinn, sondern greifen bestehende Genre-Spezifika auf und implementieren diese mehr oder weniger ausgeprägt und kombiniert. Serious Games bleiben ergo auch an dieser Stelle terminologisch indifferent. Eine genauere Klassifizierung gestaltet sich schwierig, was auch die Abgrenzung zu anderen, ähnlichen Begriffen erschwert. In der Praxis „wird der Begriff für alle Computerspiele benutzt, die für Simulationen, Bildung und Trainingszwecke in unterschiedlichen Anwendungsgebieten (z.B. Bildungssektor, Medizin, Militär) eingesetzt werden, was eine klare Abgrenzung zu anderen Computerspielen erschwert, die eine pädagogische Intention verfolgen“ (Lampert et al., 2009, S. 4).

3.2 Ähnliche Begriffe

Den Terminus Serious Game von ähnlichen Begriffen zu unterscheiden ist also bisweilen schwierig, da der Terminus zu diesen ähnlichen Begriffen mitunter keine trennscharfen Grenzen bildet (vgl. Kasperczak, 2013, S. 3) bzw. synonym mit diesen verwendet wird (vgl. Lampert et al., 2009, S. 3). Zu diesen ähnlichen Begriffen gehören: (Digital) Game-Based-Learning ((D)GBL), Edutainment sowie E-Learning.

E-Learning umfasst u.a. die Themen Distanzlernen, interaktive Lerntechnologien bzw. computerbasiertes Lernen (vgl. Kasperczak, 2013, S. 4). Der Begriff ist also relativ weit und allgemein gefasst, weswegen auch Serious Games durchaus unter E-Learning subsumiert werden können (vgl. Kasperczak, 2013, S. 4). Serious Games bieten jedoch zusätzlich einen starken spielerischen Aspekt.

Edutainment stellt eine Wortkreuzung aus Education und Entertainment dar und meint „spielerische multimediale Lernumgebungen“ respektive „Unterhaltungsangebote, die unterhalten sollen und gleichzeitig bildende Anteile beinhalten“ (Kasperczak, 2013, S. 5). Im Unterschied zum Serious Game werden hierbei die Inhalte nicht während des Spielens vermittelt, sondern das Spielen fungiert quasi als Belohnung für das Lernen (vgl. Serious Game: Wikipedia, 2014, online). Anders ausgedrückt: „Während bei Edutainment-Titeln in der Regel der Spielteil als Belohnung für das Gelernte erfolgt, also nicht integrativer Bestandteil dessen ist, was man lernt, werden bei Serious Games die Lerninhalte und -aufgaben (‚educational missions‘) in die Spielwelt integriert“ (Lampert, 2009, S. 5).

Abbildung 2: Ähnliche Begriffe zu Serious Game (Kasperczak, 2013, S. 4)

Game-Based-Learning bzw. Digital Game-Based-Learning bezeichnet pädagogische Angebote, bei denen ein Spielfaktor als motivationale Stütze eingesetzt wird, wodurch dem Nutzer im Idealfall quasi beiläufig Inhalte vermittelt werden. Wichtig ist hierbei die Balance von Spielen und Lernen: Kommt die spielerische Komponente zu kurz, verkommt das Interaktionsangebot zum bloßen Lernprogramm – ist die spielerische Komponente dagegen zu stark ausgeprägt, kann nur von einem normalen Spiel gesprochen werden (vgl. Kasperczak, 2013, S. 4).

Abbildung 2 veranschaulicht die erwähnten Begriffe und deren Beziehungen in einer Übersicht.

3.3 Affective Game