ABOVE

julianmichel

Bachelor-Thesis im Studiengang Kommunikationsdesign

BACHELORARBEIT

VON JULIAN MICHEL

SS 2015

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Bachelorarbeit von Julian Michel

Sommersemester 2015

Hochschule für angewandte Wissenschaften

Würzburg – Schweinfurt (Fakultät Gestaltung)

Studiengang Kommunikationsdesign BA

Erstprüfer: Prof. Erich Schöls

Zweitprüfer: Prof. Claudia Frey

Julian Michel

mail@julian-michel.com


INHALTSANGABE

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ABSTRACT

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VORWORT

ERSTE SCHRITTE

INTERFACE

SOFTWARE

STEUERUNG

ABOVE

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QUELLEN

ERKLÄRUNG

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ABSTRACT MEINES EXPOSÉS

» In meiner Abschlussarbeit will ich mich mit der Frage beschäftigen,

welchen Mehrwert die digitale Erweiterung eines realen, physisch erfahrbaren

Exponats erreichen kann. Ich werde erforschen, welche Möglichkeiten

die gesamte sensorische Wahrnehmung eines Exponats in der Kombination

mit digitalen Methoden bieten kann.

Anhand eines gesellschaftlich relevanten Ausstellungsthemas sollen

Inhalte recherchiert werden, die mit Hilfe eines Exponats kommuniziert

werden können. Eine dem Sachgebiet entsprechende, individuelle Darstellung

der Informationen folgt der Themenanalyse.

Besonderen Wert lege ich auf die Interaktion zwischen Betrachter

und Ausstellungsobjekt. Es sollen sowohl informative als auch emotionale

Anstöße zum Thema entstehen. «

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VORWORT

Der Mensch ist durch die eingeschränkte Reichweite der Sinne auf seine

direkte Umgebung fixiert. Durch unsere Nahsinne riechen, schmecken und

ertasten wir, was unseren Körper direkt umgibt. Mit den Fernsinnen sehen

und hören wir, was sich in unserer nahen Umwelt befindet und verändert.

Aus diesem Unvermögen heraus liegt es seit Anbeginn der Menschheit in

unserer Art, die Dinge, die uns umgeben, deren Reichweite wir aber nicht

erfassen können, zu hinterfragen. Wir wollen den Vorgängen einen Sinn

geben und streben daher nach einem weiteren Horizont als dem der blanken

Wahrnehmung. Im Wandel der Geschichte haben wir Modelle entwickelt,

um die Phänomene des Lebens verständlich darzustellen und den Wundern

der Welt auf die Spur zu kommen. Naturwissenschaftliche Disziplinen

wie die Physik und Mathematik helfen uns dabei, komplexe Vorgänge der

Natur digital zu erfassen. Wir werden angetrieben vom Verlangen unsere

analoge, »reale Welt« durch Hilfsmittel zu erklären, zu verstehen und zu

unserem Nutzen zu erweitern.

Die vorliegende Bachelorarbeit stellt den Versuch dar, die analoge

Welt, die uns Tag für Tag in all ihren Facetten umgibt, mit digitalen Mitteln

begreifbar zu machen. Mein Anliegen war es, sie modellhaft zu vereinfachen

und zeitgenössische mediale Möglichkeiten mit einem geeigneten Interface

so zu kombinieren, dass neue Perspektiven entstehen. Diese Perspektiven

sollten über den eingeschränkten Horizont unserer Sinne hinausgehen.

Unsere Welt ist in vielerlei Hinsicht für das Individuum nicht zu erfassen.

Viele natürliche Vorgänge der Geografie, Astronomie oder Meteorologie

sowie anthropogene Veränderungen in Gesellschaft, Wirtschaft, Transport

oder Kommunikation erfordern eine Darstellung in geeignetem Maßstab.

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ERSTE SCHRITTE

Im Rahmen der Prüfungsanmeldung am 23. März 2015 habe ich mir

zuerst einmal Gedanken über den Titel meines Exposés gemacht. Damals

hatte ich mich für den Wortlaut »Digitale Physis« entschieden. Die beiden

Begriffe »Digital« und »Physis« stehen für zwei konträre Begriffe, deren

Einheit ich in meiner Arbeit finden wollte. »Physis« stellt die analoge, mit

unseren Sinnen direkt erfahrbare Welt dar, während die digitale Welt eine

vom Menschen geschaffene Ergänzung der Realität ist. Stereotypisches

Objekt der Auseinandersetzung mit unserer materiellen, absoluten Umwelt

ist die Erde.

Im Rückblick auf die Geschichte des Menschen war eine Faszination für

die modellhafte Darstellung unseres Heimatplaneten schon immer vor -

handen. Mit der Entwicklung neuer technischer und digitaler Möglichkeiten

entstanden neben immer genaueren Weltanschauungen auch komplexere

Darstellungsformen natürlicher Vorgänge. Die Erde kann mit heutigen

Hilfsmitteln so präzise und fotorealistisch wie nie zuvor dargestellt werden.

Dennoch stellt man immer wieder fest, dass auch traditionelle Modelle wie

analoge Karten und Globen in ihrer materiellen Erscheinung nichts an

Qualität verloren haben.

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In ersten Versuchen setzte ich mich mit Hilfe meiner Kamera direkt

mit der »Natur« auseinander, die mir am nächsten schien, um mich von

der realistischen Betrachtung unserer Umwelt inspirieren zu lassen. Langzeitbelichtungen

und Zeitraffer-Aufnahmen können Vorgänge erklären,

die im Zeit- und Raummaß unserer Wahrnehmung nicht direkt erfahrbar

sind. Fotografie und Film repräsentieren abgeschlossene Momente, die

nicht mehr direkt beeinflusst werden können. Mein Ziel war es im Gegensatz

dazu, eine interaktive Lösung zu schaffen, auf die der Betrachter

selbst Einfluss nehmen kann. Diese ersten Betrachtungen waren nützlich,

um die eigene Faszination an der Natur zu nähren.

Umgekehrt bemühte ich mich neben der Abbildung realer Natur, diese

auch digital nachzubilden. In dreidimensionalen Modellen liegt der Bezug

zu einem natürlichen Objekt auf der Hand, die Darstellung auf klassischen

Bildschirmmedien nimmt der Illusion jedoch meist einen großen Teil der

Wirkung.

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INTERFACE

Schnell stand die Entwicklung eines geeigneten Mediums, mit dem

ich unsere Umwelt darstellen und erweitern konnte, im Vordergrund der

Arbeit. Ich suchte nach technologischen Möglichkeiten zwischen Realität

und Virtualität, Analogem und Digitalem. Dafür kamen in erster Linie

Methoden der Aufprojektion, Hologramm-Technologien, sowie VR-Anwendungen

oder Augmentierung in Frage. In Recherchen und Experimenten,

die ich mit unterschiedlichen Medien durchführte, setzte sich vor allem

die Projektion auf ein Exponat durch. Ich bekam hierbei die Möglichkeit,

virtuelle Räume im direkten Bezug zum realen Objekt herzustellen. Das

reale Objekt konnte optimal erweitert werden und war als solches immer

noch haptisch und visuell erfahrbar. Auf dieser Basis startete ich eine

Reihe von Projektionen auf einfache geometrische Objekte, wobei mich

vor allem die erhabene natürliche Form der Kugel in den Bann zog. Mein

inhaltlicher Ansatz, natürliche Vorgänge, Naturgesetze und die Rolle des

Menschen in seiner Umwelt verständlich machen zu wollen, ließ sich gut

mit einer Kugelprojektion vereinen, da sich die meisten Formen der Natur

auf geometrische Formen zurückführen lassen. Die Kugel im Makrokosmos

steht für Sonnen und Planeten wie unsere Erde; im Mikrokosmos steht

sie modellhaft für Atome, Elektronen, Neutronen, etc. , die kleinsten Bauteile

aller Materie. Die räumliche Wirkung, die bei der Projektion entstand,

sowie das Spiel mit Volumen und Perspektive konnte ich gut für erste

Experimente nutzen.

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Mit der Projektion auf eine statische Kugel fehlte mir bei den ersten

Versuchen noch der entscheidende Faktor der Interaktion. Ich machte

mir also Gedanken, welche Möglichkeiten der Steuerung ich bei der Kugelprojektion

gestalten konnte. In einer Reihe kleinerer Prototypen vergewisserte

ich mich zum Einen, wie ein interaktives Kugelmodell technisch

umzusetzen war und welche Möglichkeiten mir dadurch offen standen.

Zum Anderen erprobte ich, welche räumliche Wirkung die Aufprojektion

dann wirklich auf den Menschen ausübt und wie ich diese nutzen konnte.

Die Prototypen bestanden aus unterschiedlichen Kugellagern zur gleichmäßigen

Führung der Form und aus unterschiedlichen Computer-Mäusen,

mit denen ich die Kugeldrehung abfragte. Das direkte Tracking der Kugeloberfläche

per Maus brachte mehr Vorteile mit sich als eine Abfrage über

Bewegungs- oder Lage-Sensoren.

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Die Versuche führten zu folgendem Aufbau: Ich besorgte eine Kugel

mit 50 cm Radius, damit ich eine große Projektionsfläche sicherstellen

konnte und die Kugel immer noch greifbar war. Diese platzierte ich auf

ein Podest aus drei Kugellagern. Zwischen den Kugellagern, die im gleichseitigen

Drei eck unter der Kugel angebracht wurden, befestigte ich eine

umgedrehte optische Maus, über die die Rotation der Kugel auf zwei

Achsen an die Software weitergegeben wird. Den ganzen Aufbau lagerte

ich zusätzlich auf gleichmäßig verteilte Federn. Durch einen Stift, den

ich unter der Maus taste anbrachte, wurde die Interaktion zusätzlich

um den Druck nach unten, bzw. einen Mausklick erweitert. Für das finale

Exponat tauschte ich die Kugellager gegen drei Teflon-Flächen aus, um

das gleichmäßige und reibungs lose Gleiten der Kugel zu optimieren.

Die Kugel ober fläche machte mir während der Umsetzung besonders zu

schaffen, da ich außer einer weichen Styroporkugel keine vollständige

Kugel in der gewünschten Größe beschaffen konnte. Um diese für eine

angenehme Interaktion zu optimieren, erhöhte ich zuerst das Gewicht im

Schwerpunkt. Anschließend musste ich, um eine robuste und gleich mäßige

Oberfläche für die optische Maus zu gewährleisen, diese mehrfach mit

Kunstharz beschichten, glatt schleifen und die Unebenheiten aus bessern,

bis die Kugel schließlich grundiert und lackiert werden konnte. Die matt -

-weiß lackierte Oberfläche war nun für die Aufprojektion mit einem

LED-Beamer, der über dem Aufbau angebracht ist, optimal beschaffen.

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SOFTWARE

Mit der Umsetzung des Kugel-Interfaces hatte ich gleichzeitig festgelegt,

dass ich ein Modell unseres Heimatplaneten schaffen wollte. Wir

alle haben bereits dystopische Szenarien gesehen, wie sich unsere Welt

durch Klimaerwärmung und Globalisierung in Zukunft entwickeln kann.

Mir ging es nicht darum, eine Zeitreise auf dem Globus zu erleben;

Mich interessierte viel mehr, wie man im Jetzt verbleiben und die Erde

um aktuelle virtuelle Ansichten bereichern kann. Mein Ansatz war es,

auf der Basis von Daten und Statistiken eine Bestandsaufnahme unterschiedlicher

globaler Thematiken zu schaffen. Neben einer möglichst

realistisch anmutenden Erde wollte ich aktuelle Informationsgrafiken

in Echtzeit auf die Oberfläche generieren.

Für die Erstellung der Grafiken sammelte ich ein breites Spektrum

globaler Daten. Ich fand geografisch zurückzuverfolgende Echtzeitdaten,

die ich jederzeit online abfragen konnte und sammelte gleichzeitig

re präsentative Statistiken aller Staaten in Tabellenform. Inhaltlich wollte

ich verschiedene Themen ansprechen. So fragte ich zum Einen über die

Wetter-API »Open Weather Map« meteorologische Echtzeitdaten ab, die

mir Informationen zu Temperatur, Niederschlag, Wind, Bewölkung, etc.

liefern. Zum Andern entdeckte ich über das »World Fact Book« der CIA

eine große zuverlässige Datenbank internationaler Vergleiche zu gesellschaftlichen,

wirtschaflichen, politischen und anderen Themen, die ich

repräsentativ aufarbeiten konnte. Die gesammelten Daten sind allesamt

aus dem Jahr 2014 und somit weitestgehend aktuell.

Die Sammlung der Daten nach Nationen erleichtert in vielen Fällen

die Orientierung und bietet einen guten und vergleichbaren Überblick

der Werte. Der Informationsgehalt der entstandenen Visualisierungen ist

auf den globalen Überblick fokussiert. In den Ansichten können immer

nur einzelne Daten aufgedeckt werden. Dadurch entstehen Impulse zur

Beschäftigung mit unterschiedlichen Themen. Eine tiefere inhaltliche

Auseinandersetzung wird mit dem Kugel-Interface nicht erzielt. Man

kann jedoch – gerade durch die Konzentration auf eine einzelne Statistik

– globale Muster erkennen, diese selbstständig entschlüsseln und interpretieren.

Ein offensichtliches Beipiel dafür ist die Benachteiligung der

Entwicklungsländer in vielen Bereichen.

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Die Anwendung, die ich aus den gewonnenen Daten für die Projektion

ausarbeitete, setzte ich vollständig in Processing um. Die Kombination aus

generativen Datengrafiken und der realistisch anmutenden Erdoberfläche

wird von oben auf das Interface projeziert und funktioniert durch die

Verzerrung der Kugeloberfläche wie ein interaktiver Globus, der über das

Tracking der Maus direkt von Hand gedreht und beeinflusst werden kann.

Die Datenvisualisierungen entsprechen den individuellen Thematiken und

optimieren die Aufnahme der Inhalte für den Nutzer. Zusätzliche Effekte

beleben die Erde, um die Illusion eines echten Globus aufrecht zu erhalten.

Bei der Umsetzung wurde ich von der Faszination angetrieben, wie ein fach

mathematische und physikalische Formeln natürliche Phänomene beschreiben

können. So entstehen zum Beispiel aus der Sammlung von Daten zu

Windgeschwindigkeit und -richtung schnell ganze Luftströmungen. Bei der

Erstellung der Grafiken verwendete ich bewusst reduzierte geometrische

Formen sowie die technisch anmutende Schrift »Letter Gothic Text«, die

ich der natürlichen Erscheinung der Erdoberfläche grafisch entgegensetzte.

Inhaltlich und formell heben sich die Informationen dadurch vom Stil der

realistisch dargestellten Erde ab. In Einzelfällen, auf die der Mensch weniger

Einfluß hat, fließen die Inhalte visuell in die virtuelle Umwelt ein, so zum

Beispiel bei den Wetter-Visualisierungen. Durch die Wahl der Schrift und

die reduzierten Grafiken sorgte ich trotz der beschränkten Auflösung des

Projektors ebenso für eine bessere Lesbarkeit.

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STEUERUNG

Die gesamte Bedienung der Anwendung findet auf der interaktiven

Kugel statt und unterstützt im Groben zwei Aktionen. Durch Drehung in

alle Himmelsrichtungen wird die virtuelle Erde synchron zur Bewegung

des Modells um die entsprechende Achse rotiert. Der höchste Punkt der

Kugel – und somit der Mittelpunkt der Projektion – dient als Cursor.

Indem die Erde entsprechend darunter gedreht wird, können über diesen

Punkt bestimmte Orte oder Nationen ausgewählt werden. Die Echtzeitdaten

werden über die Koordinaten des Mittelpunktes angefragt. Somit

bleibt das wesentliche Geschehen immer im Zentrum der Anwendung und

im Blickfeld des Betrachters.

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Neben der Drehung der Kugel kann man den ganzen Aufbau über die

eingebauten Federn auch nach unten drücken, um in ein generatives Menü

zu springen, in dem wiederum die Rotation der Kugel die Auswahl eines

be stimmten Menüpunktes bewirkt. Der Druck auf das Kugelmodell öffnet

die Erdansicht zur ausgewählten Thematik. Die Rotation der Erde und die

des Menüs sind unabhängig voneinander, so kann man sich auf dem Erdball

umsehen und kommt bei einem Wechsel der Ansichten wieder an derselben

Stelle im Menü heraus, an der man dieses zuvor verlassen hat.

Die räumliche Wirkung stellt sich im Menü erst durch die Animation

der Inhalte und die entsprechende Perspektive des Betrachters ein.

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ABOVE

Hergeleitet habe ich den Titel »ABOVE« von der Perspektive des

Betrachters. Als Menschen sehen wir während der Interaktion ausnahmsweise

mal auf die digitale Erde herab. Der Betrachter wird durch diese

Position zu unserem Heimatplaneten in eine beinahe göttliche Rolle versetzt.

Die Erde ist ihm unterlegen. Von oben hat er die Welt in der Hand,

er kann sie ansehen, drehen und wenden, wie es ihm beliebt. Der Titel,

der im Deutschen »oben« oder »über« bedeutet, steht zum Einen für die

Ansicht der Erde von oben und somit für das entwickelte Medium und

Interface selbst; er steht aber auch inhaltlich für den anthropogenen

Übermut, mit dem wir oftmals unachtsam gegenüber unserer geografischen

und gesellschaftlichen Umwelt umgehen. Uns Menschen fehlt häufig der

erweiterte Blick auf globale Zusammen hänge, den ich mit meiner Arbeit

thematisiere.

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QUELLEN

Processing

https://www.processing.org

Open Weather Map

http://openweathermap.org/api

The World Fact Book

https://www.cia.gov/library/publications/the-world-factbook

Wikipedia

https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_Staaten_der_Erde

https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_Vulkanen

Texturen von http://www.shadedrelief.com

ERKLÄRUNG

Hiermit versichere ich, Julian Michel, die vorliegende Bachelorarbeit

mit dem Titel »ABOVE« selbstständig verfasst und keine anderen Quellen

und Hilfsmittel benutzt zu haben. Alle Stellen, die wörtlich oder sinngemäß

aus Veröffentlichungen entnommen sind, habe ich als solche kenntlich

gemacht.

Würzburg, den 06.07.2015

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»IN DER LEBENDIGEN NATUR

GESCHIEHT NICHTS, WAS

NICHT IN DER VERBINDUNG

MIT DEM GANZEN STEHT.«

Johann Wolfgang von Goethe

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