Zur Nutzung von Digitalen Zwillingen zur Entwicklung von Metaverse-Anwendungen

Das heute allgegenwärtige Internet entwickelt sich auf Basis des Web 2.0 in Richtung Web 3, mit neuartigen Konzepten und Technologien (Arendt et al. 2022). Kern sind hierbei Blockchain-Technologien, einhergehend mit der Grundidee einer verstärkten Dezentralisierung (Buldas et al. 2022; Ray 2023). In diesem Kontext hat das Metaverse, ein Konzept, das die immersive Interaktion zwischen Menschen und Nutzung von Diensten auf Basis von diversen Technologien (Extended Reality (XR) – als Überbegriff für Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) und Mixed Reality (MR); Blockchain; Künstliche Intelligenz;…) ermöglicht, zunehmend an Bedeutung gewonnen (Ray 2023). Den Übergang hin zu einem dreidimensionalen Internet gilt es zu begleiten, um die möglichen Vorteile einer 3D-Welt für die Nutzer*innen zu erschließen (Ball 2022). Es ist davon auszugehen, dass der Umstieg von einer zweidimensionalen auf eine dreidimensionale Umgebung eine Hürde insbesondere bezüglich eines humanzentrierten Einsatzes darstellen wird. Ein Beispielszenario soll die entstehenden Möglichkeiten, aber auch die erhöhte Komplexität anhand des antizipierten Einsatzes dieser Zukunftstechnologien verdeutlichen. Es steht exemplarisch für die von Ball (2022) antizipierte „unbegrenzte Anzahl von Benutzern und individuelle Anwesenheit“ (S. 66):

Dieses Szenario betrifft eine Angestellte einer Großbank. Zu ihrem physischen Tagesgeschäft in einer Filiale zählt auch der Handel mit elektronischen Wertpapieren, welche auf einer Blockchain abgebildet sind. Als Transaktionsmedium dient dazu digitales Zentralbankgeld, wie der digitale Euro oder der digitale Schweizerfranken. Zur Interaktion mit diversen Metaverse-Anwendungen wird eine Brille verwendet, welche über VR- und AR-Funktionalitäten verfügt. So hat die Angestellte einen Terminplan mit persönlichen und virtuellen Kontakten. Der Tagesablauf wird als eine kausale/zeitliche Abfolge von Aktivitäten im Sinne eines Prozesses dargestellt. Aktivitäten können wiederum durch dedizierte Metaverse-Applikationen unterstützt werden: So kann die Angestellte mittels der Brille auf eine virtuelle Wertpapier-Handelsapplikation zeitgleich zu ihrer physischen Präsenz am Arbeitsplatz zugreifen, welche diverse relevante Objekte und Informationen visualisiert (das Depot, für das sie verantwortlich ist; ausgewählte Wertpapiere, Anleihebewertungen, Avatare von Analyst*innen, etc.). Transaktionen werden vollständig in der virtuellen Welt durchgeführt. Für eine Besprechung mit Wertpapieranalyst*innen setzt sie die Brille auf. Dann tritt sie die Autofahrt zum Auswärtstermin an. Sie kann sich folglich in physischen wie virtuellen Welten bewegen. Im Rahmen der Reise in der physischen Welt werden über den AR-Modus der Brille nützliche Hinweise zum Straßenverkehr bereitgestellt, die auch an das (teil-)autonome Fahrzeug gesendet werden.

Die Betrachtung dieses Szenarios, welches eine umfassende Umsetzung des Metaverse mit verschiedenen Anwendungen umreißt, zeigt vor allem die Konvergenz der physischen Welt und der virtuellen Welt. So gibt es Objekte, welche kein physisches Ebenbild besitzen, während andere in beiden Welten existieren. Ebenso kann es zur Interaktion mit anderen Applikationen und Systemen kommen. Als übergeordnete Struktur für einzelne Aktivitäten/Anwendungen/Systeme kann es Prozesse geben – welche oft nur digital existieren. Ebenso illustriert das Beispiel, dass fortschrittliche Metaverse-Anwendungen einen nahtlosen Übergang zwischen Aktionen in der virtuellen und virtuell angereicherten Welt unterstützen müssen. Diese Punkte – die Konvergenz von physischem und virtuellem Raum und die Notwendigkeit für verschiedene Interaktionsmodalitäten – tragen wesentlich zur Komplexität von Metaverse-Anwendungen bei. Dies stellt wiederum eine Herausforderung für deren Entwicklung und Einsatz dar.

Zur Bewältigung von Komplexität neuartiger Konzepte und Unterstützung strukturierter Transformation wurde das Konzept des Digitalen Zwillings eingeführt (Grieves 2014). Neuere Forschungsarbeiten wie Vohra (2023) legen nahe, die Metaverse-Applikationsentwicklung und -einsatz mit digitaler Zwillingsforschung zu kombinieren. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung ist folglich, herauszufinden, wie das Konzept des digitalen Zwillings in Zusammenhang mit der Entwicklung und dem Einsatz von Metaverse-Anwendungen zur Erstellung des Verhaltens und der Struktur derselben unterstützend eingesetzt werden kann. Damit soll diese Untersuchung einen Beitrag zur effektiven und effizienten Entwicklung von Metaverse-Applikationen leisten. Der Bezug zur Unterstützung von Nutzer*innen und Entwickler*innen soll eine humanzentrierte Herangehensweise an die Gestaltung und Entwicklung von Metaverse-Applikationen ermöglichen. Für den Einsatz von digitalen Zwillingen im Metaverse-Kontext ist es zudem erforderlich, dass die im Rahmen des Beispiels diskutierten Anforderungen berücksichtigt werden. So müssen Hierarchien von Komponenten abgebildet werden können, welche sowohl physisch, virtuell, als auch in beiden Welten existieren können.

Der Beitrag gliedert sich wie folgt: In Abschn. 2 wird die Methodik beschrieben. Abschn. 3 diskutiert die Verbindung der beiden Themenbereiche Metaverse und digitaler Zwilling anhand der Betrachtung von bestehenden Konzeptionen. Diese wurden zur Adaptierung in ein bestehendes Metaverse-Framework herangezogen. Abschn. 4 enthält eine kurze Schlussfolgerung. Den Abschluss bilden Handlungsempfehlungen für die Unternehmenspraxis.

Die Erstellung dieses Artikels lässt sich in fünf grundlegende Schritte unterteilen, welche nachfolgend genauer beschrieben werden. Die Schritte eins bis drei betreffen die Literaturrecherche. Hierzu kam die Literatur-Suchmaschine¹ der Johannes Kepler Universität zum Einsatz (diese ist frei zugänglich), da sie eine Vielzahl an Quellen vereint. Ausgewählte Suchdurchläufe wurden auch direkt in Scopus bzw. IEEE durchgeführt, um mit angepassten Suchtermen, zugeschnitten auf diese Datenbanken, zu arbeiten.

Im ersten Schritt wurde in der Fachliteratur nach Definitionen zum Metaverse gesucht. Dies war notwendig, um für die weiteren Schritte eindeutig bestimmte Begrifflichkeiten zu haben. Eine Dokumentation der Suchprozess-Ergebnisse ist verfügbar². Für den weiteren Auswahlprozess wurden Merkmale definiert, welche ebenfalls online abrufbar sind². Aus den gefundenen Quellen zum Metaverse wurden nun jene ausgewählt, welche eine ausreichend umfangreiche Definition des Begriffs aufweisen und sich mindestens einem der festgelegten Vergleichsmerkmale zuordnen lassen. In Schritt 2 wurde diese Vorgangsweise analog genutzt, um Definitionen zum Begriff des digitalen Zwillings zu erhalten. Auch hier sind sowohl die Vergleichsmerkmale als auch die finale Literatur online verfügbar². Im dritten Schritt wurde nach Literatur gesucht, welche bereits eine explizite Kombination aus Metaverse und digitalem Zwilling behandelt. Auf Grund der Neuartigkeit der Thematik existiert nur eine sehr kleine Anzahl an Beiträgen. Daher war der Vergleich anhand von Merkmalen nicht möglich. Es musste stattdessen in einem qualitativen Auswahlprozess für jede Quelle individuell beurteilt werden, ob die Beschreibung der Kombination aus Metaverse und digitalem Zwilling ausführlich genug für eine weitere Verwendung ist. Die final verwendete Literatur zu diesem Schritt ist ebenfalls abrufbar². Im vierten Schritt wurden auf Basis der Literatur logische Schlüsse gezogen und eine neue Definition für den digitalen Zwilling in Kombination mit dem Metaverse aufgestellt. Im fünften und letzten Schritt wurde unter Einbeziehung dieser Definition das Framework in Abschn. 3–5 erstellt.

In diesem Abschnitt werden die wesentlichsten Ergebnisse vorgestellt, basierend auf den Erkenntnissen der Literatur-Analyse. Tab. 1 enthält die betrachteten Quellen und fasst wichtige Erkenntnisse zusammen. Wir betrachten zunächst die Konzeption des digitalen Zwillings in Bezug auf Metaverse-Anwendungen aus unterschiedlichen Perspektiven, bevor wir seinen Einsatz im Kontext der Entwicklung detaillieren. Wir gehen hierbei von einer der fundamentalen Definitionen des digitalen Zwillings aus, welche als repräsentativ für eine Reihe an Konzeptionalisierungen angesehen werden kann, und diskutieren ebenso interessante Definitionen, welche abweichende/ergänzende Perspektiven beinhalten. Dies erlaubt uns aufzuzeigen, dass neue Einsatzmöglichkeiten eine Weiterentwicklung des Verständnisses jenseits der ursprünglich vorgesehenen Verwendung erfordern. Hierzu behandeln wir die Kernkomponenten der Definition von Grieves (2014) (strukturiert nach den Merkmalen in Tab. 1) und analysieren schrittweise deren Eignung für den Metaverse-Kontext, als Basis für eine adaptierte Definition. Abschließend inkorporieren wir unsere adaptierte Definition in ein bestehendes Metaverse-Framework, als Grundlage für die Unterstützung der Entwicklung und des Einsatzes von Metaverse-Applikationen.

Die Berücksichtigung der Merkmale von Metaverse-Anwendungen (Konvergenz von physischen und virtuellen Welten, applikations/systemübergreifende Aktivitäten/Interaktionen, Übergänge zwischen verschiedenen Interaktionsformen und die daraus resultierende Komplexität) erfordert ein erweitertes Verständnis von digitalen Zwillingen zur Unterstützung der Entwicklung. Damit können typische Anwendungsfälle bearbeitet werden, insbesondere, wenn ein Framework zur Entwicklung genutzt wird. Wesentlich ist dabei, dass auch ein übergeordneter Prozess in das Framework eingeordnet werden kann. Bei der Entwicklung von Metaverse-Applikationen kann das vorgeschlagene adaptierte Framework als effektive Hilfestellung dienen. Enthält ein übergeordneter Prozess Sub-Komponenten, kann dieser einen nahtlosen Übergang zwischen dem AR-Bereich und dem VR-Bereich berücksichtigen. Somit lässt sich eine ganzheitliche Erfahrung von Metaverse-Anwendungen im digitalen Zwilling abbilden.

Konkrete Handlungsempfehlungen sind in hohem Maße davon abhängig, inwieweit Interessenten bereits VR- bzw. AR-Komponenten nutzen. Wurden in einer Organisation bisher noch keine Metaverse-Technologien verwendet, müssen zuerst die Unternehmensstrategie und die IT-Strategie analysiert werden. Denn eine Metaverse-Strategie darf keinesfalls isoliert erstellt werden, sondern muss sich mit der Unternehmens- und mit der IT-Strategie im Einklang befinden. Es ist auch denkbar, dass eine neu geschaffene Metaverse-Strategie so weitreichend ist, dass dadurch sogar die Unternehmens- bzw. die IT-Strategie verändert wird.

Werden in einer Organisation bereits Metaverse-Komponenten eingesetzt, muss zuerst eine Bestandsaufnahme erfolgen. In diesem Zuge muss auch geklärt werden, ob es bereits Formen einer Metaverse-Strategie gibt bzw. inwieweit diese Strategie mit den übergeordneten Strategien abgestimmt ist. Für die Planung von Metaverse-Applikationen ist zunächst wichtig, dass diese innerhalb der Organisation ganzheitlich betrachtet und geplant werden. Als Beispiel lässt sich folgendes Szenario ausführen: In einem Automobilunternehmen kann vor dem Kauf eines Autos der Innenraum mithilfe einer VR-Brille dargestellt werden. Dafür ist die Marketingabteilung zuständig. Für kleinere Wartungsarbeiten, wie das Nachfüllen von Scheibenfrostschutz, existiert eine Augmented-Reality-Applikation. Diese bietet eine Anleitung, wie man die Motorhaube öffnet und zum Behälter mit der Scheibenflüssigkeit gelangt. Für diese Applikation ist die Abteilung Customer-Service zuständig. Hier dürfen keinesfalls Insellösungen entstehen.

Der vorliegende Forschungsbeitrag betont die Wichtigkeit einer bereichsübergreifenden Betrachtungsweise des digitalen Zwillings. Bereits im Ergebnisteil wurde erläutert, dass nahtlose Übergänge zwischen den genannten Bereichen essenziell sind. Im Zuge der Planung ist außerdem wichtig, dass Entwicklungen im Metaverse-Bereich analysiert und die organisations-internen Applikationen an aktuelle Neuerungen angepasst werden. Es muss also auch bei der Planung und Weichenstellung ein Augenmerk darauf gelegt werden, dass sich die eigenen Applikationen nahtlos mit einem – noch nicht existierenden – globalen Metaverse verbinden lassen.