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CUBEness

Herausforderung: In den letzten Jahren ist die Erkundung des Weltraums wieder zu einem Trendthema geworden. Verschiedene private Organisationen wie SpaceX, Blue Origin oder Virgin Galactic und Regierungsorganisationen aus den USA, China, Indien, Europa oder Russland konkurrieren um die Vorherrschaft im Weltraum. Neben der Erforschung neuer Welten ebnet dieser Trend den Weg für Innovationen, die auch unser Leben auf der Erde verändern werden. Zum Beispiel werden immer mehr Satelliten in den Orbit geschickt, die unsere Erde umkreisen und  neue Möglichkeiten für die Erdbeobachtung oder flächendeckendes Highspeed-Internet ermöglichen. Dies bietet neue Herausforderungen und Möglichkeiten, welche mit Ansätzen aus dem Gaming und Gamification angegangen werden können. Daher lautete die Aufgabe des Kurses Designing Gamified Systems in diesem Semester:

Design an innovative game or gamification approach in which gaming, space technology and mobility meets in order to either A) improving life on earth or B) improving life in space.

 

Datum: Wintersemester 2021/2022

Vorlesung: Designing Gamified Systems

Projektergebnisse:

CUBEness

Team: Heschu Qarani, Jonathan Stief, Sherwet GalalCem KaratasanGerrit Sußner

Abstract:

The interest in space is constantly increasing: From space agencies planning longer projects, such as NASAs’ Artemis mission, to private companies such as SpaceX planning to put humans on Mars. Overall, the private sector of space tourism is projected to reach a total of US$1.7 Billion by 2027. The market will expand much further in the future, with long-term missions becoming increasingly frequent.
Yet these long-term missions pose significant strains on both the human body and the mind. First among them is the deterioration of muscles, muscle atrophy, and the cardiovascular system through microgravity. These effects are so severe that even short missions (< 30 days) can cause a muscle volume loss of 5.5 to 15.9 percent. In order to combat these effects, most space agencies employ in-flight exercises of about 2.5 hours six days a week. Secondly, space missions represent the “perfect boring situation” and can invoke mental health issues.
Our VR solution addresses both aspects equally, as it gamifies the required exercise to avoid physical consequences, as well as challenge the players mentally and provides opportunities for experiencing social relatedness. For this, it uses both state-of-the-art VR equipment, as well as a Teslasuit, to not only make the experience feel even more immersive through haptic feedback, as well as the possibility to enhance training effects. The main game consists of resource collection during the exercise and a base-building type game in the phases between workouts. Both take place in VR.
In order to overcome the dullness of the monotonous environment, the game features a story putting the players in a scenario in 2075, where Mars has been colonized, and it is now their shared mission to defend and extend the colony. However, players need to collect resources through exercise to repair and build further modules, which is conducted within the VR game.
In the story mode, they are guided through their exercise by story-related messages, collecting resources while traversing the base and the landscapes of Mars. As voluntariness represents an important point in the acceptance of gamified approaches, however, players also have the option to avoid the story. While exercising, they collect resources by swiping them to the side with their controller. From the collected resources they then have the possibility to build three different types of buildings: (1) shelter domes, which set the defense for the whole colony, (2) windmills, which produce electricity for the colony, (3) greenhouses, which produce oxygen. To increase complexity, create fun, and challenge players mentally, the electricity and oxygen stats must match the shelter, or the colony will be dysfunctional, and the defense will receive a debuff. Players will have to ready their bases for increasingly difficult challenges, such as further alien attacks, sand storms, and similar difficulties that life on Mars would bring. This aims to create a long-time engagement in the player, relying on the immersion and social interaction between the crewmates of the space mission to defend their shared colony.

We use a Teslasuit, a smart textile two-piece full bodysuit, to make the experience immersive and interactive. The suit provides haptic feedback, captures motion and biometric functions. Further, a full-body haptic feedback system is built into the suit with 80 electrostimulation channels, which could be used to provide instant feedback on the players‘ performance within the game. It can be functionalized in response to motion capture comparison at any time. No additional equipment will be need. The approach may be used with existing training equipment in space stations such as the ISS.

Astronaut Mark Vande Hei Expedition 53 Flight Engineer exercises on the COLBERT (Combined Operational Load Bearing External Resistance Treadmill) in the Tranquility module – Photo by NASA

 

 

reHAND

Herausforderung: Der Einsatz digitaler Technologien in Rehabilitationsprozessen nimmt stetig zu. Studien belegen insbesondere Vorteile telemedizinischer Assistenzsysteme in der Rehabilitation und Nachsorge, da Sie Patienten individuell und zu Hause unterstützen können. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer gamifizierten Anwendung zur Unterstützung und Motivation von Patienten in der Handrehabilitation.

Automate rehabilitation procedures with gameful simulations and make it accessible (at home)

 

Datum: Wintersemester 2021/2022

Vorlesung: Exergames

Projektergebnisse:

reHAND − Cyber Rehabilitation for hand injuries

Team: D. Braun, E. Alekseenko, V. Rincon, A. Patoary

Abstract: The human hands have a complex structure. Hand injuries, therefore, have a significant negative impact on multiple life aspects. This project presents a Virtual Reality (VR) Exergame to help medical practitioners receive information on improvement rates and make exercising more attractive to patients. The game has been developed in Unity 3D game engine for the HTC VIVE Focus 3. The reHAND system performs an error calculation of the user’s hand movements and then provides feedback on the accuracy with which a user can perform an exercise. While playing, a user should protect their garden from the angry jealous neighbor, who throws trash in it. Accordingly, the patient performs certain hand movements to break thrown objects. Further, reHAND covers such motivational affordances as points (intrinsic game score), levels, and storytelling.

GitLab Repository: https://gitos.rrze.fau.de/hex-teaching-2021/exergames/exergames-group-3

 

Studierendenprojekte

Das Lehrangebot unserer Forschungsgruppe richtet sich an Studierende der Wirtschaftsinformatik mit einem Interesse in den Bereichen Mensch-Computer-Interaktion, Gamifizierung und Game-Design. Unsere Vorlesungen legen einen besonderen Schwerpunkt auf die Gestaltung gamifizierter Systeme, dabei verbindet unser Lehrangebot Theorie und Praxis durch den Einbezug modernster theoretischer und methodischer Konzepte in Kombination mit praxisorientierten Fragestellungen, Beispielen und einer Projektarbeit in Gruppen.

Nach dem Konzept des herausforderungsbasierten Lernens (Challenged-based Learning) setzen sich Studierende in den meisten unserer Vorlesungen mit praxisorientierten Fragestellungen auseinander, um ihr gelerntes theoretisches Wissen auf reale Situationen anzuwenden und zu vertiefen. Im Folgenden bieten wir einen Überblick über ausgewählte Projektergebnisse der Studierenden.

 

Forschungsprojekte

Gestaltung und Erforschung der Potenziale von Gamification zur Optimierung von Mensch-Roboter-Teams im Rahmen von VR-Schulungen

In Kooperation mit dem Automobil- und Industriezulieferer Schaeffler untersuchen wir, wie spielerisches Design in Virtual-Reality-Trainings zur Verbesserung der Mensch-Roboter-Interaktion eingesetzt werden kann. Das Projekt hat zum Ziel verschiedene Designinterventionen zu entwickeln und zu evaluieren, um die Zusammenarbeit in Mensch-Roboter-Teams zu unterstützen und zu optimieren.

Projektziele:

  • Strukturierung des Wissens über die Forschung zur Mensch-Roboter-Interaktion, insb. Gamification der Mensch-Roboter-Interaktion
  • Entwicklung von Designinterventionen zur Unterstützung der Zusammenarbeit von Menschen und Robotern in einem Virtual-Reality-Training
  • Untersuchung der Auswirkungen von spielerischem Design auf die Wahrnehmung und das Verhalten der Nutzer

Team:

Mareike Weber


Gestaltung eines text-basierten Adventure-Games für digitales Schreibtraining

Zusammen mit der STABILO International GmbH entwickeln wir ein text-basiertes Abenteuer für den STABILO DigiPen. Angelehnt an die Gestaltungsprinzipien von Multi-User-Dungeons (MUDs) werden wir im Rahmen dieses Projekts einen text-basierten Spielansatz entwickeln, welcher die Nutzung des DigiPen zum Optimieren der eigenen Handschrift in ein spielerisches und motivierendes Erlebnis verwandelt.

Ziele des Projekts:

  • Entwicklung und empirische Untersuchung eines text-basierten Abenteuerspiels für den STABILO DigiPen
  • Untersuchung der Wirksamkeit von Game-Design Elementen auf Nutzerverhalten und KI-basierter Gestenerkennung
  • Auswertung der Ergebnisse und Ableitung von theoretischen und praktischen Handlungsempfehlungen für die Gestaltung von Gamification- und Serious-Game-Ansätzen zur Optimierung der Handschrift

Team:

Mareike Weber


Gamifizierung der Mensch-KI-Interaktion

Können digitale Spiele und ihre Designprinzipien die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Künstlicher Intelligenz (KI) verbessern? Im Rahmen des durch die Emerging Talents Initiative (ETI) geförderten Projekts untersuchen wir, wie Game-Designprinzipien dazu beitragen können, die Zusammenarbeit zwischen Mensch und KI zu optimieren.

Ziele des Projekts:

  • Untersuchung von Zusammenarbeit allgemein in Spielen und Ableitung von Gestaltungsprinzipien, welche die Kooperation zwischen Menschen fördern
  • Untersuchung der Zusammenarbeit zwischen Menschen und Nicht-Spieler-Charakteren (NPCs) in Spielen und Ableitung von Erkenntnissen für die Mensch-KI-Zusammenarbeit
  • Durchführung von Studien zur Gamifizierung der Mensch-KI-Interaktion

Team:

Maximilian Wittmann, Sujit Thapa


Game-basierte Lösungen für die Logistik

In Kooperation mit der Lidl Stiftung & Co. KG untersuchen wir die Potenziale von Gamification in der Inbound Logistik. Ziel des Projekts ist die Entwicklung, Pilotierung und Evaluation eines Gamification-Konzepts für den Einsatz in modernen digitalen Logistikzentren.

Ziele des Projekts:

  • Strukturierung des Stands der Forschung zu Gamification in der Logistik
  • Entwicklung eines Gamification-Konzepts unter aktiver Einbeziehung relevanter Stakeholder nach der Methode von Morschheuser et al. (2018)
  • Implementierung und Evaluation der Wirksamkeit von Gamification-Ansätzen in der Inbound Logistik

Abgeschlossene Forschungsprojekte

Abgeschlossene Projekte außerhalb der FAU:

Weitere Informationen zu fertiggestellten Forschungsprojekten folgen in Kürze.

 

 

ParKing – Ein Gamified-Crowdsourcing-Ansatz um die Parkplatzsuche zu vereinfachen

Oft ist es sehr zeitaufwendig und stressig, in der Großstadt einen Parkplatz zu finden. Zahlreiche Studien in verschiedenen Städten weltweit zeigten, dass die Suche nach einem Parkplatz etwa 30% vom üblichen Verkehr ausmacht (Shoup, 2005, 2006). Der zusätzliche Verkehr durch die Parkplatzsuche zieht bedeutende ökologische und ökonomische Konsequenzen nach sich: Täglich werden bei der Suche nach einem Parkplatz Tonnen an CO2 ausgestoßen und dabei das Zeitmanagement und der Treibstoffverbrauch anderer Autofahrer beeinflusst (Arnott et al., 2005; Axhausen et al., 1994; Shoup, 2005, 2006).

 

ParKing App - gamified crowdsourcing to simplify parking
ParKing – Ein Gamified-Crowdsourcing-Ansatz um die Parkplatzsuche zu vereinfachen

 

Die Idee hinter dem Projekt ParKing ist es durch Bereitstellung eines gamifiziertes Assistentsystems Autofahrern denen die Parksituation einer Stadt nicht geläufig ist, einen Überblick über die Parkplatzbedingungen in einer Stadt zu bieten und dadurch ihre Suche nach einem Parkplatz erleichtern. Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verschiedene Gamification-Mechanismen entwickelt und evaluiert, die Personen zum Teilen von Parkplatz-Informationen motivieren können. Anschließend wurde ein funktionsfähiger Prototyp des gamifizierten Assistentsystems entwickelt. Das Ergebnis eines dreimonatigen deutschlandweiten Feldexperiments mit 372 Teilnehmer/-innen zeigte, dass das Konzept funktioniert hat und eine flächendeckende Karte von Parkplätzen im öffentlichen Raum durch die Nutzer erstellt werden konnte.

Die Studie zeigte darüberhinaus Unterschiede in der Wirksamkeit verschiedener Gamification-Elementen auf und erlangte internationale Beachtung seitens der Forschungsgemeinschaft. Die Ergebnisse sind in folgendem Artikel publiziert:

Morschheuser, B., Hamari, J., & Maedche, A. (2019). Cooperation or competition – When do people contribute more? A field experiment on gamification of crowdsourcing. International Journal of Human-Computer Studies, 127, 7−224. doi: 10.1016/j.ijhcs.2018.10.001

Für weitere Details, siehe:
Artikel im International Journal of Human-Computer Studies
Kostenloser Vordruck auf ResearchGate

Außerdem wurden Medien wie der staatliche Radiokanal Deutschlandfunk sowie die Zeitungen Badische Neueste Nachrichten (BNN) und die Frankfurter Allgemeine Zeitung (FAZ) auf ParKing aufmerksam und berichteten über das Projekt.

 

Results ParKing Experiment
Ergebnisse des ParKing Experiments in den Städten Karlsruhe, Leipzig und Deutschlandweit

 

Auf der Website parking-app.de sind sowohl eine detaillierte Übersicht über die durchgeführte Studie als auch der entwickelte Prototyp von den Studenten des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universität Mannheim zu finden. Außerdem fasst die Website die Vision des Projekts und den Forschungshintergrund zusammen.

 

Experimental conditions ParKing App
Vergleich zwischen den Effekten von kooperativen, kompetitiven und inter-team kompetitiven Gamification-Mechanismen.

 

Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Studie entwickelte Robert Bosch GmbH die App Parkineers, die in deutschen App-Stores für iOS und Android verfügbar ist.

Mit Parkineers, der neuen Park-Community-App, kannst du Teil der Stadt werden und die Parkplatzsuche vereinfachen. Du übernimmst Verantwortung und teilst Infos über Parkplätze aus deiner Umgebung mit der Gemeinschaft. Im Gegenzug erhältst du Geheimtipps zum Parken an Orten, an denen du dich nicht auskennst. Parkineers will die Parkplatzsuche in kleinen Schritten vereinfachen – komplett kostenlos, ohne Verpflichtungen und mit viel Spaß bei der Suche.Robert Bosch GmbH

 

 

Referenzen

Arnott, R., Rave, T., & Schöb, R. (2005). Alleviating urban traffic congestion. MIT Press.

Axhausen, K. W., Polak, J. W., Boltze, M., & Puzicha, J. (1994). Effectiveness of the parking guidance system in Frankfurt am Main. Traffic Eng. Control 35, 304–309.

Shoup, D.C., 2006. Cruising for parking. Transp. Policy 13, 479–486. doi:10.1016/j.tranpol.2006.05.005

Shoup, D.C., 2005. The high cost of free parking. Planners Press, Chicago.

Morschheuser, B., Hamari, J., & Maedche, A. (2019). Cooperation or competition – When do people contribute more? A field experiment on gamification of crowdsourcing. International Journal of Human-Computer Studies, 127, 7−224. doi:10.1016/j.ijhcs.2018.10.001