エネルギーシミュレーションを教えるための革新的なVRゲーム

近年、バーチャルリアリティ（VR）がエンターテインメントだけでなく、多くの分野で使われ始めてるんだ。教育もその一つ。ゲームベースの学習方法を使うことで、モチベーションや関与を高められる。この記事では、建物のエネルギーシミュレーションを教えるために作られた没入型のエスケープルームゲームについて話すよ。このゲームでは、プレイヤーが様々な材料を使って壁を組み立てるパズルを解かなきゃいけない。ガイダンスシステムが教育コンテンツ、パズル、ヒントを組み合わせて、エネルギー効率や構造強度、コストに影響する要素を学ぶ手助けをするんだ。新しいプレイヤーがゲームに慣れるように、チュートリアルレベルも用意してあるよ。

#ユーザー体験評価

ゲームがどれだけ楽しめたかを確認するために、ゲームとチュートリアルをゲーミングとVRの専門家たちに評価してもらったんだ。11人の専門家が両方のレベルをプレイして、2セットのアンケートに答えた。最初のはチュートリアルの後、2つ目はエスケープルームのセクションの後に記入した。最初のアンケートにはNASA-TLXとシステムの使いやすさスケール（SUS）の質問が含まれ、2つ目にはNASA-TLX、ユーザーエンゲージメントスケール短版（UESSF）、プレイヤー体験インベントリ（PXI）の質問が含まれていた。結果は、チュートリアルレベルは使いやすくて要求が厳しくなかったことを示していた。エスケープルームレベルは、プレイヤーをゲームプレイで引き込む興味深く魅力的な学習空間を提供していた。この環境は将来のアップデートで新しい教育コンテンツと共に成長する可能性があるよ。

#教育アプローチの変化

最近、学生よりも教育者に焦点を当てたインタラクティブな学習方法への関心が高まっている。今日の学生は自分がどのように学ぶべきかについて異なる期待を持っているんだ。彼らはただ聞くのではなく、学習体験に積極的に参加することを好むんだ。ゲームと教育を組み合わせるのは、このインタラクティブ性のニーズを満たす一つの方法だね。この組み合わせは、プレイ中に楽しさを感じさせることで、関与やモチベーションを高めることができる。教育目的のためにデザインされたゲームは、セリオスゲームとして知られてる。これらのゲームは、楽しませるだけでなく教育することを目指している。

多くのセリオスゲームのアプローチが、医療トレーニングや建築教育などの分野で使われてきた。研究は、セリオスゲームがユーザーの関与や認知スキルに良い影響を与え、プレイヤーがポジティブな態度を維持するのを助けることを示しているよ。

#教育におけるエスケープルームゲーム

エスケープルームゲームは、教育ゲームの一つの方法だ。これらのゲームのプレイヤーは、目標に到達するためにパズルを解かなきゃいけなくて、例えば制限時間内に部屋から脱出すること。その際、チームワークが必要で、プレイヤーが協力して手がかりを見つけ、パズルを解くんだ。

多くのエスケープルームは楽しむためのものだけど、数学や医療、コンピュータサイエンス、化学などの教育にも使われていて、学生がインタラクティブな方法でトピックに取り組むことを可能にしている。教育においては、エスケープルームはチームワーク、批判的思考、創造性を促進し、楽しさを保ちながら現実のシナリオをシミュレーションするんだ。

ただし、従来の教育向けエスケープルームには制限もある。特定のセットアップが必要で、コストがかかったり、大きな計画が求められたりする。それに対処するために、デジタルエスケープルームゲームが作られた。研究によれば、デジタルエスケープルームは学生が科学のテーマを理解するのに効果的で、独立性や創造性を促進することができるんだ。

#教育におけるバーチャルリアリティ

デジタルエスケープルームの一種は、VRを使ってプレイヤーを没入させるもので、ヘッドセットを使用するんだ。これまでの数年間、VRデバイスはエンターテインメントから産業用、学習用と様々な用途で使われてきた。教育目的でVRを使用することには、特に実世界で再現しづらいシナリオや危険なシナリオにおいて、さまざまな利点がある。加えて、VRは学習者のモチベーションを高めることもできるんだ。VR教育のユニークな側面の一つは、エスケープルームゲームの使用だ。

例えば、あるVRエスケープルームは数学とパターンのパズルで構成されていて、テレポーテーションが動き酔いにどう影響するかに焦点を当てていた。また、別の2人用VRゲームでは、プレイヤーが言葉やテキストでのコミュニケーションなしにパズルを解く必要があって、革新的なインタラクション方法を生み出していた。

さらに別の例では、2つのレベルのあるVRエスケープルームで、参加者がさまざまな記憶と論理のパズルを解いたんだ。また、あるVRエスケープルームゲームでは、順番に解かなきゃいけないパズルが特徴だった。いくつかの教育用エスケープルームでは、プレイヤーが架空の設定から脱出しながら学ぶことができる。

さまざまな科目に関する教育用エスケープルームの例がある一方で、土木工学の学生に特化したゲームは見つけられなかった。私たちの目標は、建物のエネルギーシミュレーションと壁の構造に焦点を当てたVRエスケープルームゲームでこのギャップを埋めることだ。

#教育コンセプト

私たちのゲームの教育コンテンツは、建物のエネルギーシミュレーションと建設方法に関連している。プレイヤーは部屋に閉じ込められ、逃げるために様々なパズルを解かなきゃいけない。課題は、建物の方位を無視したり、壁の層を正しく組み立てられなかったりなど、学生がよく直面する問題に関連している。ゲームの中でこれらの障害に取り組むことで、学生が概念をよりよく理解し、将来的に設計ミスを減らすことを期待しているんだ。

ゲームは、視覚と音のヒントをクエストやシミュレーション結果を示すツールと関連付けている。各クエストは、建物の計画や壁の構成を正しく行う際に日中の時間や月、建物の位置を考慮することなど、異なるトピックを探求している。

各トピックについて、プレイヤーはまず一般的な問題について学び、ヒントを通じて教育情報を受け取るんだ。その後、タスクを解くための手がかりを見つける必要がある。フィードバックが提供され、プレイヤーの進捗について知らせるよ。

壁を組み立てるのはもっと複雑で、プレイヤーは複数のシミュレーション結果をバランスさせながら壁のデザインを磨く必要があるんだ。例えば、頑丈な壁はコストが高くなるかもしれないし、断熱性の低い壁はコストを節約できるけど、カビなどの別の問題を引き起こす可能性がある。これにより、プレイヤーはこれらの関係について学び、継続的なフィードバックに基づいて情報に基づいた決定を下せるようになるんだ。

#ゲーム開発

私たちはUnreal Engine 5（UE）を使ってVR体験を作成したんだ。これにより、よりリアルな環境を構築できて、良いVR体験につながった。VRのインタラクションには、さまざまなVRデバイスに対応するためにOpenXRプラグインを使用したよ。

必要なゲームプレイ機能を可能にするために、テレポーテーションとスムーズな移動の2つの移動モードをサポートするカスタムキャラクターを作成した。プレイヤーは移動方法を選べる。テレポーテーションは酔いを防ぐのに役立つけど、方向感覚を失うこともあるし、スムーズな移動は楽だけど、少し不快になる場合もあるんだ。

徹底したゲームプレイ体験を確保するために、主に物を掴んだり置いたりすることに焦点を当てたさまざまなインタラクションシステムを実装した。プレイヤーはオブジェクトに応じて片手または両手を使えるようになっているよ。また、圧力やホバーインタラクションに依存するオブジェクトも含まれているんだ。

#チュートリアルレベル

プレイヤーがVR環境に慣れるのを助けるために、チュートリアルレベルを設けた。このおかげで、プレイヤーは手がかりを見つけたりパズルを解くことに圧倒されずに、VR内での移動やインタラクションを学ぶことができるよ。プレイヤーはこのチュートリアルレベルに到達するかどうかを選べるんだ。

チュートリアルでは、インタラクション、移動システム、物を掴むこと、回転するアイテムの操作について確認するよ。ゲームとのインタラクションを説明するために、さまざまなシンボルやインジケーターを使っているんだ。

#クエストとヒントシステム

良いガイダンスシステムは、教育コンテンツを含めてプレイヤーが進捗を理解するのに必要不可欠だ。そのため、ゲーム全体にわたってクエストとヒントシステムを開発したんだ。各クエストにはヒントが含まれていて、プレイヤーはこれをテキストとイラスト付きのメモとして見つけられる。特にVRでの読みやすさを考慮して、ヒントをより詳しく説明するためのボイスオーバーも加えているよ。

プレイヤーは、ゲーム内の2つのデバイスを使用してヒントを収集した後にそれを見直せる。一つのデバイスは、読みやすくするためにヒントを投影し、カセットプレイヤーは各ヒントのボイスオーバーを再生できるようになっているんだ。

ヒントはクエスト開始時に表示されて、プレイヤーの進捗に基づいて関連するヒントだけが見えるようになってる。クエストを完了したときには、プレイヤーにオーディオとビジュアルのフィードバックが与えられて、達成感を示しているよ。

#部屋の構造とマシン

エスケープルームは、ヒントレビュー、建物シミュレーションデスク、壁の組み立て、結果の視覚化という4つの主要なエリアに分かれている。プロジェクターエリアではヒントを視覚化し、建物シミュレーションデスクはゲームの中心部になっている。プレイヤーは、異なるパラメータを変更するために回転させることのできる層から成るモデルを使って遊ぶんだ。最初は建物のモデルから始まり、その後エネルギー使用をテストするためのオフィスルームを表現することになる。

壁を組み立てるエリアには、壁の層の順序を示す情報センター、厚さ設定のセクションスポナー、そして要件に基づいて層を組み合わせる壁組み立て装置の3つのデバイスがあるよ。

最後に、結果の視覚化エリアでは、建物のエネルギーシミュレーション結果やパフォーマンス指標が表示されるんだ。

#シミュレーションAPI

部屋のモデルは、グラーツ工科大学のオフィスに基づいている。プレイヤーの選択は、暖房や冷房の年間エネルギー需要に影響を与えるよ。12,000のエネルギーシミュレーションで学習した機械学習モデルが、VR環境での迅速な計算を可能にするんだ。

計算はサーバー上で行われて、テストを開始したり結果を入手したりするためのインターフェースを提供している。結果を取得した後には、壁の組み立てとシミュレーション設定の評価を表示するさまざまなツールがあるよ。

#評価

私たちのゲームを検証するために、VRとゲーム開発の専門家とともに一般的な使いやすさを評価する研究を行った。研究には、以前のVR経験に関するプレアンケートと、チュートリアルとエスケープルームレベルに関する2つのポストアンケートが含まれたんだ。

結果は、チュートリアルレベルの使いやすさが良好で、ユーザーがシステムを学ぶのが簡単であったことを示していた。参加者も最小限の努力とフラストレーションでタスクを達成できたよ。一方で、エスケープルームレベルはより高いメンタルエフォートを必要としたけど、チャレンジが高かったにもかかわらず、ユーザーフィードバックはポジティブで、ゲームの魅力的な可能性が強調された。

集中力の高いスコアは、プレイヤーが経験に没頭し、視覚的に魅力的な環境を楽しみながら時間を忘れることを示していたよ。

#議論

この研究は、VR環境とその教育システムを評価することを目的としていたんだ。私たちは、オンボーディングレベルがタスクを管理しやすく保ちながら使いやすさを保証できているかを見たかった。チュートリアルレベルからのフィードバックは使いやすく、プレイヤーが自信を持って使えることが示されていた。

一方、エスケープルームはプレイヤーに積極的に考えさせ、挑戦を解決することを求めるため、要求レベルが高くなった。タスク負荷は高いものの、ユーザーフィードバックはポジティブで、私たちの環境が魅力的な学習体験を作り出せていることを示していたんだ。

#制限と今後の課題

この研究には、参加者の数が少なく、実際の土木工学の学生ではなくゲーム専門家に焦点を当てたといういくつかの制限がある。学習成果の評価も重要な次のステップになるだろう。

さらに、研究中に参加者は、協力体験がメンタル負荷を軽減できるかもしれないと提案していた。私たちは、協力的なゲームのバージョンを設計することで、このアイデアを探求する予定だ。それにより、各プレイヤーが異なる視点からパズルを解く手助けができるんだ。

全体的に、私たちが作ったフレームワークは、もっと多くの教育トピックを含めるために拡張の可能性を持っている。さまざまな科目でのユーザー体験や成果を比較することで、興味深い結果が得られるかもしれないよ。

#結論

私たちは建物のエネルギーシミュレーションを教えるための没入型エスケープルームゲームをVRでデザイン・開発したんだ。この教育体験は、視覚的および聴覚的なヒントをパズルと組み合わせて、魅力的な環境を作っている。チュートリアルレベルがプレイヤーをゲームメカニクスに導入し、専門家とのユーザースタディが良好な関与と使いやすさを示し、このVRゲームが好奇心を高め、有意義な学びの体験を提供できることを確認したよ。ポジティブなフィードバックがあった一方で、エスケープルームレベルはかなり厳しいことが分かり、協力的なゲームプレイを通じて、今後の改善が期待できるね。