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Veranschaulichung von Abfluss und Überflutung mit der Augmented Reality Sandbox

Ausgangslage und Ziele

Starkregen und Überflutungen stehen vor dem Hintergrund der Wahrnehmung von Klimaveränderungen zunehmend im öffentlichen Interesse. Dabei handelt es sich um Themen, die Studierenden des Fachbereiches Energie ∙ Gebäude ∙ Umwelt an der FH Münster vermittelt werden, um Niederschlag- und Abflussprozesse zu verstehen, die Funktion von Entwässerungssystemen nachzuvollziehen und das Potenzial städtebaulicher Entwicklungen zu erkennen. Teilziele für den Einsatz der Augmented Reality Sandbox sind:

  1. Einsatz innovativer Technologien zur Erklärung geomorphologischer und hydrologischer Prozesse
  2. Veranschaulichung der Bestandteile „Niederschlag (Meteorologie)“ und „Oberflächenabfluss (Hydrologie)“ im Wasserkreislaufprozess
  3. Erläuterung von Überflutungsprozessen durch Starkregen
  4. Spielerische Vermittlung komplexer Zusammenhänge „Wasserwirtschaft zum Anfassen“ (Spaßfaktor)!

Die Prozesse der Umwandlung von „Niederschlag“ als Eingangsgröße der Kanalnetzbemessung zum „Oberflächenabfluss“ und deren mathematisch Beschreibung sind grundlegende Aufgaben der Stadthydrologie. Im Bereich der Niederschlag-Abfluss-Simulation gelingt die mathematische Beschreibung nur eingeschränkt. Einflussgrößen und die Herausforderungen der Abbildung mit dem „digitalen EDV-Modell“ werden mit Hilfe des „Realmodells“ veranschaulicht.
 

Technik und Konzept

Das Exponat besteht aus einer mit Sand gefüllten Box aus Arcrylglas. Eine 3D-Tiefenkamera scannt die Oberfläche und überträgt die Daten an einen PC mit leistungsstarker Grafikkarte. Über einen Beamer wird das Höhemodell in Echtzeit auf den Sand projiziert. Eine Visualisierungs-Software wandelt die topografischen Informationen farblich um. Wasser ist blau gefärbt und die Landschaft von grün (Ebene) bis braun-rot (Berge), entsprechend einer klassischen Landkarte.

Mit der bloßen Hand kann Regen aus einer Wolke demonstriert werden. Die Technologie simuliert Oberflächenabflüsse vom höchsten zum tiefsten Punkt. Dadurch lassen sich Flussläufe, Hochwasser oder die Folgen eines Dammbruches veranschaulichen. Die analoge reale Sandlandschaft ist beliebig formbar und bietet so die Möglichkeit die Prozesse quasi uneingeschränkt zu verändern. Mit Gebäudemodellen lassen sich Überflutungsszenarien durch Starkregen anschaulich demonstrieren. Gerade Gebäude in unmittelbarer Nähe eines Fließgewässers sind überflutungsgefährdet. In übertragenem Sinn handelt es sich um ein haptisches Geografisches Informationssystem (GIS).

Die zugehörige freie Software wurde an der Universität von California in Davis (USA) entwickelt.
 

Evaluation

Das Besondere an der Augmented Reality Sandbox ist die Begeisterung der Beteiligten ohne Altersbeschränkung. Grundschüler und erwachsene Besucher des Technikums werden angeregt, aktiv natürliche Prozesse zu gestalten und nachzubilden. Im Rahmen der Vorlesung Stadthydrologie und Gewässerschutz wird die Augmented Reality Sandbox eingesetzt, u.a. um den Zusammenhang zwischen Geländetopografie und Überflutungsrisiken zu veranschaulichen.

https://www.fh-muenster.de/hochschule/aktuelles/news/index.php?newsId=918

https://www.fh-muenster.de/hochschule/aktuelles/pressemitteilungen.php?pmid=7977
 

Referenzen

Website der Systementwickler:
https://arsandbox.ucdavis.edu
 

Abbildungen

Kontaktdaten

Prof. Dr.-Ing. Helmut Grüning
Thorsten Schmitz M.Eng.
Niklas Olbertz

FH Münster (Campus Steinfurt) │ Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt
IWARU Institut für Infrastruktur · Wasser · Ressourcen · Umwelt

Stegerwaldstraße 39
48565 Steinfurt
Tel: +49 (0) 2551 9-62163
Fax: +49 (0) 2551 9-62771
Mob: +49 (0) 171 314 7551
Mail: gruening@fh-muenster.de
Web: www.fh-muenster.de/gruening
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