FWSafeXR Titelbild

© FAST / Florian Hader

FWSafeXR: Sicherheitstraining in der Forstwirtschaft mit eXtended Reality Methoden

Projektleitung

Raimund Schatz

Forschungseinrichtung

Austrian Institute of Technology

Projektnummer

101707

Projektlaufzeit

-

Finanzierungspartner

Bundesministerium für Landwirtschaft, Regionen und Tourismus

Allgemeine Projektinformationen

Abstract (deutsch)

Das Ziel des Projektes ist die Identifikation von sicherheitsbezogenen Trainingsinhalten in der Forsttechnik und deren Umsetzung mit gamification basierten phänomenologischen Lern-Ansätzen in extended Reality (XR)Technologie.

Um dieses Ziel zu erreichen verfolgt das Projekt einen User-Centred Entwicklungsansatz der sicherstellt, dass die relevanten Stakeholder in der existierenden forsttechnischen Ausbildung vollständig in die Entwicklung eingebunden sind und deren Anforderungen und Bedürfnisse von den zu entwickelnden Prototypen abgedeckt werden.

Dazu erfolgt zu Projektbeginn eine Analyse existierender forsttechnischer Trainings hinsichtlich sinnvoller sicherheitsrelevanter Ergänzungsmöglichkeiten mittels XR Technologie. Dies beinhaltet auch eine Analyse existierender Simulationssysteme (John Deere Harvester Simulation (inkl. VR), STIHL Motorsägensimulator). Darüber hinaus wird ergänzend der Bereich der medizinischen Ersthilfe im Wald betrachtet da diese sehr eng mit den sicherheitsrelevanten Aspekten in der Forsttechnik verwoben sind. Auf Basis dieser Analysen erfolgt die Auswahl von ein bis zwei Umsetzungs Use Cases für den XR Prototypen. Für die Konzeption und Erstellung eines Prototypen erfolgt im ersten Schritt zuerst eine Selektion der best-fit Technologie (VR, AR, Cardboard, etc.). Der zweite Schritt umfasst die Erstellung eines gamified Sicherheits-Trainings Konzept für die forsttechnische Ausbildung. Im dritten Schritt wird ein XR Prototyp erstellt, der das Beüben der ausgewählten Use Cases ermöglicht.

Dieser Prototyp bildet die Grundlage der folgenden wissenschaftlichen Evaluation des XR basierten Lernkonzeptes hinsichtlich Akzeptanz und erfolgreicher erfahrungsbasierter Vermittlung der Lerninhalte. Diese Ergebnisse werden für den abschließenden Projektschritt, der die Erstellung eines Konzepts für Blended Learning mit XR für eine breite Auswahl an Use Cases beinhaltet.

Schlagwörter (deutsch)

Extended Reality, Sicherheitstraining, Mensch-Maschine-Interaktion, Erfahrungsbasiertes Lernen, Forsttechnik

Titel, Abstract, Schlagwörter (englisch)

Titel (englisch)

eXtended Reality Training for Safety in Forestry

Abstract (englisch)

The goal of this project is to identify safety-related training content in forestry technology and implement it using gamification-based phenomenological learning approaches in extended reality (XR) technology.

To achieve this goal, the project follows a user-centered development (UCD) approach that ensures that the relevant stakeholders in the existing forestry training are fully involved in the development and that their requirements and needs are covered by the prototypes to be developed.

To this end, an analysis of existing forestry training courses is carried out at the start of the project with regard to useful safety-relevant supplementary options using XR technology. This also includes an analysis of existing simulation systems (John Deere harvester simulation (incl. VR), STIHL chainsaw simulator). In addition, the area of medical first aid in the forest is also considered, as these are very closely interwoven with the safety-relevant aspects in forestry technology. Based on these analyses, one or two implementation use cases for the XR prototype will be selected. For the concept and creation of a prototype, the first step is a selection of best-fit technology (VR, AR, Cardboard, etc.). The second step includes the creation of a gamified safety training concept for forestry training. The third step involves the creation of an XR prototype that enables the practice of the selected use cases.

This prototype forms the basis of the following scientific evaluation of the XR-based learning concept with regard to acceptance and successful experience-based teaching of the learning content. These results will be used for the final project step, which includes the creation of a concept for blended learning with XR for a broad selection of use cases.

Schlagwörter (englisch)

Extended reality, safety training, human-machine interaction, experiential learning, forestry technology.

Projektziele

Das vorgeschlagene Projekt hat das Ziel, das Potenzial neuer digitaler Technologien wie beispielsweise virtuelle und augmentierte Realität, aber auch spielerische Lern-Ansätze aus dem Bereich der Human-Computer-Interaction für die Ausbildung sicherheitsrelevanter Aspekte in der Forstwirtschaft zu identifizieren und erste Umsetzungsmöglichkeiten zu evaluieren. Der besondere Vorteil dieser Technologien liegt darin, dass Auszubildende gefährliche Situationen realitätsgetreu simuliert erleben können, ohne sich körperlicher Gefahr auszusetzen. Dies ermöglicht eine Form des phänomenologischen Lernens, die bis dato kaum Teil des pädagogischen Ausbildungskonzepts in Österreich ist. Der Vorteil dieses Lernansatzes liegt im eigenen individuellen Erleben bestimmter (Lern)Situationen und der damit einhergehenden einprägsamen Erfahrung, sowie der Möglichkeit, eigenes Verhalten in solchen Situationen im Nachhinein (= intersubjektiv) im Rahmen eines ‚After-Action-Reviews‘ der Lernsituation zu betrachten. Dadurch können sicherheitsrelevante Lerninhalte besser vermittelt werden, was in der Folge zu erhöhter Sicherheit für die Auszubildenden als auch zu generell verbesserter Sicherheit in der Forstwirtschaft führt. Des Weiteren ermöglichen die im Projekt behandelten digitalen Technologien auch eine Verschränkung von Präsenzunterricht und distanziertem Lernen was die Vereinbarkeit von Ausbildung und Erwerbs- und Privatleben erleichtert. Vor diesem Hintergrund wird im Rahmen des Projekts besonders darauf geachtet, dass die digitalen Lerninhalte auch auf günstiger Consumer Hardware einsetzbar sind.

Das übergeordnete Projektziel von FWSafeXR ist die Potentiale neuer digitaler Lernmaterialien bzw. spielerischer Lern-Ansätzen (engl.: Gamified learning) im Bereich des Erlernens sicherheitsrelevanter kognitiver Fähigkeiten (Erkennen von Gefahrensituationen, Entscheidungsfindung, Stressbewältigung) in der Forsttechnik zu erfassen, anhand eines XR-basierten Prototyps umzusetzen, und diese Umsetzung empirisch zu evaluieren.

Die Methode um diese Ziele zu erreichen ist wie folgt:

Als oberstes Leitprinzip des Projekts wird die Einbindung der zukünftigen Anwender*innen im Sinne eines User-centered Design Ansatzes alle Teilschritte des Projekts begleiten. Dies beinhaltet über die Auszubildenden hinaus auch andere Stakeholdergruppen wie z.B. Ausbildner*innen hinsichtlich der Integration der neuen Lernformen in ihren Vermittlungsalltag, Erste Hilfe Organisationen etc. In einem ersten Schritt erfolgt eine Analyse existierender Curricula in den forstlichen Ausbildungsstätten hinsichtlich der Vermittlung sicherheitsrelevanten Wissens. In dieser Analyse liegt ein Hauptaugenmerk auf die Identifikation von sicherheitsrelevanten Lehrinhalten die in der derzeitigen Praxis nicht optimal gelehrt werden können. Basierend auf der vorhergehenden Analyse erfolgt eine konzeptionelle Beschreibung von zwei Schlüsselszenarien für das (Er)Lernen von sicherheitsbezogenem Handeln in der Forsttechnik (Schritt 2). Hier bringen auch im Erste Hilfe Bereich angesiedelte Projektpartner ihre umfangreiche Expertise hinsichtlich sicherheits- und rettungstechnischer Herausforderungen und deren Vermittlung (Schulungen, Simulationen) ein. Ergänzt wird diese Szenarienbeschreibung durch die Erstellung eines Gamification Konzepts, das wiederholtes und abwechslungsreiches Trainieren der beiden Use-Cases sicherstellt. Anhand dieser Vorarbeiten erfolgt als dritter Schritt eine prototypische Umsetzung dieser beiden Szenarien mittels XR Technologie. Darunter versteht sich eine lauffähige, prototypische Implementierung in einer die Anforderungen des Projekts erfüllenden XR Entwicklungsumgebung (z.B. Unity) mit entsprechenden interaktiven 3D-Inhalten, um die beiden Use-Cases unter Verwendung von gängiger XR Hardware (z.B. Oculus Rift Headset) erleb- und evaluierbar zu machen. Im Zuge dieser Umsetzung werden die verschiedenen Stakeholdergruppen im Sinne eines agilen Entwicklungs-Ansatzes laufend eingebunden und liefern Feedback hinsichtlich der verschiedenen Entwicklungsstufen. Diese prototypische Umsetzung wird dann im Rahmen einer empirischen Evaluation hinsichtlich Trainings- und Ausbildungserlebnisses sowie des Lernerfolgs bewertet (Schritt 4). Abschließend wird anhand der Projektergebnisse ein Blended Learning Konzept für die teilnehmenden forstlichen Ausbildungsstätten erstellt dass die Einbeziehung von XR Technologien beinhaltet.

Damit liefert das Projekt folgende Ergebnisse:

• Beschreibung von zwei Übungsszenarien für sicherheitsrelevantes Verhalten.

• Prototypische Umsetzung der beiden Übungsszenarien in XR Technologie (Software, Content). 

• Wissenschaftlicher Bericht der Evaluation des Protoypen hinsichtlich des subjektiven Ausbildungserlebnisses der Auszubildenden und des Lernerfolgs.

• Blended Learning Konzept für die Einbeziehung von XR Lerntechnologie in die forsttechnische Ausbildung.

Diese Ergebnisse stehen sowohl den Projektpartnern als auch dem BMLRT (und Ausbildungsstätten in dessen Wirkungsbereich) während und nach dem Projekt zur nicht-exklusiven Nutzung zur Verfügung.

Praxisrelevanz

Die Arbeit im Wald zählt seit jeher zu den körperlich anstrengendsten Tätigkeiten. Obwohl sich die Arbeitsweise in den letzten Jahrzehnten radikal verändert hat, ereignen sich nach wie vor jedes Jahr zahlreiche Unfälle und einige sogar tödlich (vgl. Broschüre forstliche Sicherheitsbestimmungen der SVS 2020).

Für diese hochgradig unfallgefährliche, gering mechanisierte Waldarbeit mit der Motorsäge und der Seilbringung gibt es bislang keine realitätsnahe Möglichkeit der Simulation der Arbeitsschritte. Die Schaffung einer Möglichkeit in Virtuell Reality zu trainieren, könnte völlig neue Perspektiven für die Unfallprävention und die Ausbildung eröffnen. Vom Grundtraining bis zur komplexen Übung (z.B. Bearbeitung großer Windwürde oder Auflösung gefährlicher Windwurfcluster) könnten völlig gefahrlos durchgeführt und beliebig oft wiederholt werden, ehe der Einsatz in der realen Situation erfolgt. Durch mehrmalige Wiederholungen ist auch eine nachhaltige Verbesserung der Fähigkeiten der Teilnehmer zu erwarten.

Durch den in diesem Projekt erarbeiteten XR-Technologie gestützten Lernansatz wird die Vermittlung sicherheitsrelevanter Verhaltensweisen in der Forsttechnik erweitert und verbessert werden und damit die Sicherheit in der forstwirtschaftlichen Arbeit verbessert.

Für vorwiegend im Sicherheits- und Gesundheitsbereich tätige Organisationen (Arbeitersamariterbund, Rotes Kreuz, etc.) sind diese Ergebnisse insofern relevant, als dass durch XR-basierte Ausbildungssimulationen sowohl im forstwirtschaftlichen Sinne als auch in anderen Kontexten praxisnahe, direkt erlebbare Fallstudien geschaffen werden, welche Kursteilnehmer besser auf Notsituationen vorbereiten können. So sollen die Projekterfahrungen und Arbeits- bzw. Nutzungsergebnisse in der künftigen Planung von Erste Hilfe Kursen bzw. Aus- und Fortbildungen berücksichtigt und damit vorhandene E-Learning Angebote erweitert und ergänzt werden werden. Auf diese Weise werden die Erfahrungen und Ergebnisse dieses Projekts wegweisend für weitere Schritte in der Arbeitssicherheit, Prävention und Hilfeleistung sein. Und so wesentlich dazu beitragen, das Leben und die Gesundheit der Menschen zu schützen, Hilfsfristen und Hilfeleistung zu optimieren, sowie Krankheits- und Rehabilitationszeiten zu verkürzen.

Berichte

Abschlussbericht , 30.11.2023

Kurzfassung

Ziel des Projekts FWSafeXR ist es, die Unfallrate in der Forstarbeit durch den Einsatz mittels neuer digitaler Trainingstechnologien zu senken. Zu diesem Zweck wurden sicherheitsbezogene Trainingsinhalte in der Forsttechnik identifiziert und mit phänomenologischen Lern-Ansätzen in eXtended Reality (XR) Technologie simuliert. Das Projekt verfolgte einen User-Centered Design Ansatz, der sicherstellt, dass die relevanten Stakeholder (Ausbildner, Fachexperten, etc.) in der existierenden forsttechnischen Ausbildung vollständig in die Entwicklung eingebunden sind und deren Anforderungen und Bedürfnisse von den zu entwickelnden Prototypen abgedeckt werden. Darüber hinaus wurde auch der Bereich der medizinischen Ersthilfe im Wald betrachtet, der sehr eng mit den sicherheitsrelevanten Aspekten in der Forsttechnik verwoben ist. Auf Basis dieser Anforderungsanalyse wurden im weiteren Projektverlauf drei XR-Trainingsmodule prototypisch umgesetzt: 1) Vorbereitende Maßnahmen, 2) Baumfällung im Wald und 3) Durchführung eines Hubschraubereinsatzes. Weiters wurde ein Gamification-Konzept entwickelt, um das Training mittels spielerischer Elemente anzureichern. Dieser Prototyp bildete in weiterer Folge die Grundlage für die finale wissenschaftlichen Evaluation des XR basierten Lernkonzeptes im Rahmen einer großangelegten Evaluationsstudie an der FAST Traunkirchen, an der 73 Personen teilnahmen. In dieser Studie wurden einerseits die User Experience und Akzeptanz der XR-Prototypen sowie andererseits auch der Mehrwert von virtuellem Training gegenüber traditionellen Lernmethoden anhand von objektiven Lerntransferkriterien untersucht. Die Studienergebnisse zeigen dass das forstwirtschaftliche XR-Training von den Teilnehmer:innen sehr gut angenommen wurde und auch der Lernerfolg dadurch deutlich gesteigert werden konnte: die XR-Versuchs-Gruppe machte deutlich weniger Fehler bei der Bearbeitung der Aufgaben im Vergleich zur Gruppe mit klassischen Ausbildungsunterlagen. Insgesamt wurde das XR-Training als sehr sinnvoll, hilfreich und motivierend bewertet, was auf eine hohe Zufriedenheit und Akzeptanz seitens der Trainees schließen lässt. Sowohl für die forstwirtschaftliche Ausbildung als auch für vorwiegend im Sicherheits- und Gesundheitsbereich tätige Organisationen sind diese Projektergebnisse relevant, da durch XR-basierte Ausbildungssimulationen praxisnahe, direkt erlebbare Fallstudien geschaffen werden, welche Kursteilnehmer besser auf Gefahren- und Notsituationen vorbereiten. So sollen die Projekterfahrungen und Arbeits- bzw. Nutzungsergebnisse in der künftigen Planung von Kursen und Fortbildungen berücksichtigt und damit vorhandene E Learning Angebote erweitert und ergänzt werden. Auf diese Weise werden die Erfahrungen und Ergebnisse dieses Projekts wegweisend für weitere Schritte in der Arbeitssicherheit, Prävention und Hilfeleistung sein.

Berichtsdateien

FWSafeXR_Endbericht_v1.3.pdf

Abstract (deutsch)

Ziel des Projekts FWSafeXR ist es, die Unfallrate in der Forstarbeit durch den Einsatz mittels neuer digitaler Trainingstechnologien zu senken. Zu diesem Zweck wurden sicherheitsbezogene Trainingsinhalte in der Forsttechnik identifiziert und mit phänomenologischen Lern-Ansätzen in eXtended Reality (XR) Technologie simuliert. Das Projekt verfolgte einen User-Centered Design Ansatz, der sicherstellt, dass die relevanten Stakeholder (Ausbildner, Fachexperten, etc.) in der existierenden forsttechnischen Ausbildung vollständig in die Entwicklung eingebunden sind und deren Anforderungen und Bedürfnisse von den zu entwickelnden Prototypen abgedeckt werden. Darüber hinaus wurde auch der Bereich der medizinischen Ersthilfe im Wald betrachtet, der sehr eng mit den sicherheitsrelevanten Aspekten in der Forsttechnik verwoben ist.

Auf Basis dieser Anforderungsanalyse wurden im weiteren Projektverlauf drei XR-Trainingsmodule prototypisch umgesetzt: 1) Vorbereitende Maßnahmen, 2) Baumfällung im Wald und 3) Durchführung eines Hubschraubereinsatzes. Weiters wurde ein Gamification-Konzept entwickelt, um das Training mittels spielerischer Elemente anzureichern. Dieser Prototyp bildete in weiterer Folge die Grundlage für die finale wissenschaftlichen Evaluation des XR basierten Lernkonzeptes im Rahmen einer großangelegten Evaluationsstudie an der FAST Traunkirchen, an der 73 Personen teilnahmen. In dieser Studie wurden einerseits die User Experience und Akzeptanz der XR-Prototypen sowie andererseits auch der Mehrwert von virtuellem Training gegenüber traditionellen Lernmethoden anhand von objektiven Lerntransferkriterien untersucht. Die Studienergebnisse zeigen dass das forstwirtschaftliche XR-Training von den Teilnehmer:innen sehr gut angenommen wurde und auch der Lernerfolg dadurch deutlich gesteigert werden konnte: die XR-Versuchs-Gruppe machte deutlich weniger Fehler bei der Bearbeitung der Aufgaben im Vergleich zur Gruppe mit klassischen Ausbildungsunterlagen. Insgesamt wurde das XR-Training als sehr sinnvoll, hilfreich und motivierend bewertet, was auf eine hohe Zufriedenheit und Akzeptanz seitens der Trainees schließen lässt.

Sowohl für die forstwirtschaftliche Ausbildung als auch für vorwiegend im Sicherheits- und Gesundheitsbereich tätige Organisationen sind diese Projektergebnisse relevant, da durch XR-basierte Ausbildungssimulationen praxisnahe, direkt erlebbare Fallstudien geschaffen werden, welche Kursteilnehmer besser auf Gefahren- und Notsituationen vorbereiten.

Abstract (englisch)

The aim of the FWSafeXR project is to reduce the accident rate in forestry work through the use of new digital training technologies. To this end, safety-related training content in forestry technology was identified and simulated using phenomenological learning approaches in eXtended Reality (XR) technology. The project pursued a user-centered design approach, which ensures that the relevant stakeholders (trainers, technical experts, etc.) in existing forestry training are fully involved in the development and that their requirements and needs are covered by the prototypes to be developed. In addition, the area of medical first aid in the forest, which is very closely interwoven with the safety-relevant aspects of forestry technology, was also considered.

Based on this requirements analysis, three XR training modules were implemented as prototypes in the course of the project: 1) preparation, 2) tree felling in the forest and 3) carrying out a helicopter operation after an accident. In addition, a gamification concept was developed to enrich the training with playful elements. This prototype subsequently formed the basis for the final scientific evaluation of the XR-based learning concept as part of a large-scale evaluation study at FAST Traunkirchen, in which 73 people took part. In this study, the user experience and acceptance of the XR prototypes as well as the added value of virtual training compared to traditional learning methods were examined using objective learning transfer criteria. The study results show that the forestry XR training was very well received by the participants and that the learning success was also significantly increased as a result: the XR test group made significantly fewer errors when completing the tasks compared to the group with traditional training materials. Overall, the XR training was rated as very useful, helpful and motivating, which indicates a high level of satisfaction and acceptance on the part of the trainees.

The project results are relevant for both, forestry training as well as organizations primarily active in the health and safety sector, since XR-based training simulations create practical, directly tangible case studies that better prepare course participants for dangerous and emergency situations. In this way, the lessons learned and the results of this project will pave the way for further steps in occupational safety, prevention and assistance.

Autor/innen

AIT, FAST/BFW