AUGMENTED REALITY SANDBOX

Mit den eigenen Händen die Welt gestalten, ganze Landschaften formen und Regen erzeugen? Unsere AR-Sandbox ermöglicht es, selbst über Land und Wasser zu bestimmen und nachhaltige Lösungen zu erforschen! Ein echter Sandkasten wird dazu mit einer 3D-Kamera, einem digitalen Projektor und einem leistungsstarken Computer verknüpft.

Dieses innovative Werkzeug ist eine faszinierende und lehrreiche Erfahrung für Menschen jeden Alters – von Kindergartenkindern über Universitätsstudent:innen bis hin zu Museumsbesucher:innen.

Die FLOTRON AG in Meiringen verfügt über ihre eigene AR-Sandbox.

Kontakt:

Lukas Eiholzer

eiholzer@flotron.ch

Die «University of California, Davis» entwickelte die AR-Sandbox und ihre Open-Source-Software. Weltweit wurden bereits über 850 Stück nachgebaut und eine davon steht neuerdings im Haslital.

In der AR-Sandbox vermischen sich die reale und die virtuelle Welt. Die Augmented Reality (AR) Technologie ermöglicht es, einen echten Sandkasten mit digitalen Informationen zu kombinieren. In einem interaktiven 3D-Modell werden geographische, geologische, hydrologische und meteorologische Informationen verknüpft und anschaulich dargestellt.

Hierzu wird die Oberfläche des Sandkastens mit einer 3D-Kamera kontinuierlich in Echtzeit gescannt. Ein leistungsstarker Computer berechnet aus den Daten die aktuelle Topografie und sendet die Informationen an einen Projektor, welcher den Sand mit Licht entsprechend der ermittelten Höhe einfärbt: je grüner die Farbe, desto tiefer ist das Gelände (Senkungen im Sand) und je brauner, desto höher (Erhebungen im Sand). Das entspricht der gebräuchlichen Art der topografischen Darstellung, bei der Höhenstufen im Gelände in verschiedene Farbbereiche eingeteilt werden. Zusätzlich verbinden schwarz angestrahlte Höhenlinien alle Punkte, die auf genau gleicher Höhe liegen. So verwandelt sich ein schlichter Sandkasten in ein lebendiges Geländemodel, welches ganz nebenbei veranschaulicht, wie man topografische Karten liest und Höhenlinien interpretiert.

Ein Sandkasten, der nicht auf dem Pausenhof steht, sondern mitten im Klassenzimmer! In der AR-Sandbox formen Schülerinnen und Schüler den Sand zu Bergen, graben Flussbette aus und bauen Staudämme mit den Händen und schaffen im farbig beleuchteten Sand immer neue Landschaften. Und während sie «spielen», lernen sie Naturwissenschaften hautnah kennen. Durch Positionierung der Hand über einem Punkt lässt man an der gewählten Stelle virtuellen Regen fallen. Der Projektor färbt den Sand dort blau ein. Mittels einer mathematischen Formel (Saint-Venant-Gleichung) wird die Bewegung des Wassers berechnet und auf dem Sand dargestellt. Man kann somit unmittelbar beobachten, wie sich gefallener Niederschlag in der Landschaft bewegt. Es ist auch möglich einen blauen Knopf an der Seite des Kastens zu drücken und im ganzen Gebiet Regen fallen zu lassen. Mit Spannung lässt sich beobachten, wie sich das Wasser in der selbst kreierten Landschaft verhält. Die Echtzeitberechnung erlaubt es, jederzeit den Sand zu anders zu formen und die Auswirkungen der veränderten Topografie auf den Wasserlauf zu beobachten. Betätigt man den gelben Knopf, trocknet das ganze Gebiet virtuell aus und neue Gelände- und Regenszenarien können ausprobiert werden.

Die AR-Sandbox vermittelt viel über Hydrologie, ohne dass es langweilig wird. Wie werden Wassereinzugsgebiete durch die Topografie des Landes bestimmt? Welchen Einfluss hat die Stärke des Niederschlags? Wohin fliesst das Wasser und wo sammelt es sich?

Fachkundigere Anwender können auch verschiedene Szenarien für Hochwasserschutz, Staudammbau und Regenwasserablauf ausprobieren. Wie erfolgen Baumassnahmen in Wassereinzugsgebieten nachhaltiger? Wie verwaltet man kostbares Wasser verantwortungsbewusster?

Das Scannen des Sandes in der AR-Sandbox und die anschliessende virtuelle Darstellung der Topografie haben direkten Bezug zur Erhebung von Geländemodellen: ähnlich wie in der AR-Sandbox, erfasst die Flotron AG Landschaften aus der Luft sowohl fotografisch (Fotogrammetrie) als auch mit Laserscanning (LiDAR). Unser terrestrisches 3D Mobile Mapping System nimmt sogar beide Datensätze gleichzeitig auf.

Mit den Daten erstellen wir digitale Oberflächenmodelle, in denen neben Gelände und Höhe auch Strassen, Wege, Gebäude und Vegetation dargestellt werden können. Mit unseren hochauflösenden, berührungslosen Aufnahmen vermessen wir sogar Elemente in der Industrie, im Bau und in Gebäuden und vereinfachen Planungen in unzugänglichem Gelände.

Die Modellierung der digitalen Datensätze ist dabei ein eigenes Arbeitsgebiet mit zahllosen Anwendungsmöglichkeiten. Die Interpretation von Bodenbedeckung in Stereobildern und deren Abbildung als Karte, die Erfassung von Dachlandschaften mit kotierten Höhen und deren Darstellung als 3D Stadtmodell oder die Erstellung von Fassadenplänen von Kulturgütern oder komplexen Industriegebäuden sind nur einige Beispiele. Die Daten können auch für Visualisierungen in Fotomontagen genutzt werden und für die Animation von 3D Objekten.

Orts- und raumbezogene Daten (Geoinformationen) sind in unserer heutigen Gesellschaft so wichtig geworden wie nie zuvor. Politische, wirtschaftliche und private Entscheidungen hängen meist davon ab, oft auch unbewusst. Der Nutzen von Geoinformationen und von Modellierungen ist äussert vielfältig und spannend. Die AR-Sandbox zeigt dies am Beispiel der Hydrologie anschaulich und in intuitiver Weise, ohne zu langweilen oder zu komplex zu werden. Ein faszinierendes Werkzeug für Jung und Alt!