Eine AR-Anwendung zum Kaffeeanbau

Raumsituation in der Ausstellun
Raumsituation in der Ausstellung, Foto: Deutsches Museum Digital, CC BY-SA 3.0

Überblick

Von Juli 2019 bis September 2020 wurde am Deutschen Museum die Sonderausstellung „Kosmos Kaffee“ gezeigt. Hierfür wurde eine interaktive AR-App entwickelt, die die Besucher*innen in der Ausstellung mit Hilfe von Tablets testen, aber auch über die gängigen App-Stores auf das eigene mobile Endgerät laden konnten. In der App können die Nutzer*innen eine virtuelle Kaffeepflanze wachsen lassen, indem sie für ausreichend Wasser und Sonne sorgen. Im Zentrum stand eine möglichst akkurate Darstellung der Kaffeepflanze im gesamten Entwicklungszyklus sowie die Integration spielerischer Elemente.

Bibliographische Angaben

Institution
Deutsches Museum von Meisterwerken der Naturwissenschaft und Technik
Teilprojekt
Perspektiven dreidimensionaler Visualisierungen in der musealen Vermittlung
Autor*innen
Andrea Geipel, Lisa Görtz, Claus Henkensiefken, Georg Hohmann, Alexander Schmidt, Clara Sayffaerth
Veröffentlicht
15.12.2020
Lizenz der Publikation
CC BY 4.0
Kontakt
Andrea Geipel
Deutsches Museum

AR-App “Kosmos Kaffee”: Augmentierung einer Kaffeepflanze – Von der Idee zum Konzept

Die Entwicklung der AR-Anwendung erfolgte in enger Absprache mit den Kuratorinnen der Sonderausstellung sowie den Gestalter*innen. Ausgangspunkt war der Wunsch der Kurator*innen den Wachstumsprozess der Kaffeepflanze erlebbar zu machen. Ausgehend von der Raumplanung, dem Vermittlungskonzept, der Personalplanung, dem Zeitplan und den finanziellen Ressourcen haben wir uns für eine AR-Anwendung mit spielerischen Elementen entschlossen. Die Installation von Tablets in die Plantage der Sonderausstellung schien am stimmigsten. Zudem ermöglicht die Verwendung von Tablets das freie Explorieren durch die Besucher*innen, zusätzliches Personal zur Einführung in die Nutzung wird nicht benötigt. Die Anwendung sollte dabei zwei Ziele erfüllen:

  • Die möglichst akkurate Darstellung der Kaffeepflanze in den verschiedenen Wachstumsprozessen.
  • Die Integration spielerischer Elemente, zur Vermittlung einzelner Elemente der Wachstumsphase (Dauer, Wassermenge, Sonneneinstrahlung).

Der erste Punkt wurde durch umfangreiches Bildmaterial, welches die Kurator*innen zur Verfügung stellten sowie durch einen engen Austausch zwischen der beauftragten Agentur und den Kurator*innen ermöglicht. Der zweite Punkt wurde in den im Laufe der Entwicklungsphase stattfindenden Meetings gemeinsam diskutiert und erarbeitet. Tests mit Nutzer*innen dienten gleichzeitig dazu, die Bedienung so intuitiv wie möglich zu gestalten.

In dieser Phase hat sich eine klare und vor allem frühe Kommunikation direkt am Beginn der Konzeptionsphase als besonders hilfreich herausgestellt. Hierfür ist einerseits eine klare Vorstellung für das Vermittlungskonzept der Ausstellung und der geplanten Installation notwendig. Andererseits muss Klarheit über die zur Verfügung stehenden Mittel sowie die infrastrukturellen Bedingungen herrschen. Nicht zuletzt helfen Beispielprojekte, um eine klarere Vorstellung davon zu bekommen, was genau entwickelt werden soll.

Vergabeverfahren & Zusammenarbeit der Firma

Kern der AR-Anwendung sollte die Augmentierung einer nachgestellten Plantage in der Ausstellung mit einer virtuellen Pflanze sein, der man beim Wachsen zusehen kann. Dies sollte möglichst interaktiv und für die Besucher*innen motivierend umgesetzt werden. Des Weiteren sollte die Szene noch durch spielerische Elemente angereichert werden. Die Umsetzung einer solchen AR-App führte dazu, dass alle Details zusammen mit dem Anbieter in einem iterativen, kreativen Prozess ausgearbeitet wurden. Als Bewertungskriterien wurden neben dem Preis vor allen Referenzprojekte der Anbieter*innen und die Auswertung eines Pitches zu inhaltlichen Vorschlägen und Umsetzungsstrategien festgelegt. Der Zuschlag fiel auf die Agentur Fluxguide aus Wien. Aufgrund der räumlichen Distanz zwischen der Agentur und dem Deutschen Museum, waren die persönlichen Meetings auf wenige Termine beschränkt, in denen es um den konzeptionellen Teil ging. Die wesentliche Kommunikation lief über eine von Anbieter aufgesetzte Online-Plattform.

Hardware & Software

Die gestalterischen Vorgaben sahen einen schmalen Korridor vor (ca. 1,6 m breit), der in die künstliche Nachbildung dreier Plantagentypen hineinführt. Dort sollte auf jeder Seite Platz gelassen werden für eine virtuell wachsende Pflanze, markiert durch einen deutlich sichtbaren Bildmarker. Da der Korridor für die Platzierung von Ständern zur Ablage der Tablets zu eng war, wurden einfache Halterungen direkt am Geländer angebracht, in welche die Geräte geschoben werden konnten. Die Tablets selbst steckten in einem Metallrahmen über den sie mit einem Drahtkabel gesichert waren. Zudem waren die Geräte ständig über ein langes Ladekabel mit Strom versorgt.

Raumsituation in der Ausstellun
Raumsituation in der Ausstellung, Foto: Deutsches Museum Digital, CC BY-SA 3.0

Für eine AR-Anwendung ist die sichere Erfassung der Bildmarker wesentlich. Hierfür spielt vor allem eine gute Beleuchtungssituation eine Rolle. Da zunächst geplant war, den Ausstellungsbereich dunkler zu gestalten, fiel die Wahl auf das Apple iPad Pro aufgrund der hochwertigen Kamera und des zu dem Zeitpunkt stabileren AR-Trackings gegenüber den Android-Geräten. Aus Gründen der besseren Handhabung wurde die kleinere 11”-Variante verwendet.

Die Kaffeebohnen können geerntet werden
iPads im Einsatz in der Kaffee-Ausstellung, Foto: Deutsches Museum Digital, CC BY-SA 3.0

In der Ausstellung lief die Anwendung auf bereitgestellten iPads mit den in der Plantage platzierten Bildmarkern. Daneben kann sie allerdings auch ortsunabhängig verwendet werden. Dazu wurden zwei Versionen bereitgestellt, für iOS- und Android-Endgeräte. Der Bildschirminhalt skaliert für Tablet- und Smartphone-Größe.

Voraussetzung sind Geräte, auf denen AR-Kit (iOS) bzw. AR-Core (Android) lauffähig ist. Entwickelt wurde die Anwendung mit der Unity-Engine und dessen AR-Foundation Ansatz, um eine einheitliche AR-Entwicklung für iOS- und Android-Geräte zu ermöglichen.

Vermittlungskonzept & Usability

Zielgruppe der App waren die Besucher*innen der Sonderausstellung. Mit den spielerischen Elementen richtete sie sich aber vor allem auch an Kinder und Jugendliche. Dafür wurde darauf geachtet, dass die Tablets gut zugänglich platziert und einfach zu bedienen waren. Außerdem wurde darauf geachtet, die Marker gut sichtbar im Ausstellungsbereich zu platzieren. Durch den engen Zugang war es notwendig, die Tablets so zu platzieren, dass es bei gleichzeitiger Benutzung nicht zu einer gegenseitigen Beeinträchtigung kommt. Für genügend Bewegungsspielraum die zur Sicherung und zum Laden befestigten Kabel.

Zentrales Element der AR-Anwendung war die Kaffeepflanze, die auf dem Marker platziert wurde. Dabei konnten die Besucher*innen die dreidimensionale Darstellung der Pflanze in jeder Wachstumsstufe aus unterschiedlichen Perspektiven betrachten. Der über die Bedienfläche gesteuerte 36-monatige Wachstumsprozess zeigte die Pflanze in unterschiedlichen Phasen, über den Keimling, zur Blüte, bis zur Reife der Früchte. So erhielten die Nutzer*innen ein besseres Verständnis für das Wachstum und einzelne Teile der Pflanze. Durch das Ausbalancieren der richtigen Wassermenge und Sonneneinstrahlung sollen Besucher*innen mehr über die nötigen Umweltbedingungen im Anbau von Kaffee erfahren. Der Spiele-Aspekt der App schafft Abwechslung zu linearen Inhalten, wodurch die Wissensvermittlung nachhaltig gefördert werden kann, frei nach dem Motto „Learning-by-Doing“.

User Journey

Zur Nutzung kann das Tablet aus der Halterung genommen oder auch darin belassen werden. Allerdings kann die Kaffeepflanze besser betrachtet werden, wenn man das Tablet aus der Halterung nimmt. Zum Start erscheint ein Bildschirm auf dem zunächst die bevorzugte Sprache (Deutsch oder Englisch) ausgewählt werden kann (Abb. unten).

Startbildschirm der AR-Anwendung
Startbildschirm der AR-Anwendung, Screenshot: Deutsches Museum Digital, CC BY-SA 3.0

Nach der Sprachauswahl werden die Nutzer*innen dazu aufgefordert, die Pflanze auf dem Marker zu platzieren. In der downloadbaren AR-Anwendung wird dagegen kein Marker benötigt. Stattdessen haben die Besucher*innen die Möglichkeit, die Pflanze auf dem Boden zu platzieren. Hierfür werden passende Orte angezeigt. Durch das Gedrückthalten der Fläche am unteren Bildschirmrand startet der Wachstumsprozess. Dieser wird angezeigt über einen konstanten Strom von Blättern, die vom Button zur Pflanze führen. Sobald der Button nicht mehr betätigt wird, stoppt der Wachstumsprozess und man kann die Pflanze im Detail und aus unterschiedlichen Perspektiven betrachten.

Während des Wachstumsprozesses wird dabei im Balken am oberen Bildschirmrand die Zeit angezeigt. Dieses Element war von besonderer Bedeutung, um zu vermitteln, wie lange es dauert, bis die Kaffeepflanze abgeerntet werden kann. Zusätzlich werden während des Wachstumsprozesses immer wieder Rückmeldungen und Hinweise gegeben, die über die verschiedenen Phasen informieren und zur Interaktion anregen.

In die AR-Anwendung sind über den Verlauf zwei spielerische Elemente eingebaut. Zuerst erhalten die Nutzer*innen die Aufforderung, die Kaffeepflanze mit ausreichend Wasser zu versorgen, um die Blütephase einzuleiten. Hierfür muss auch wieder der Button am unteren Bildschirmrand gedrückt gehalten werden. Diesmal allerdings so ausbalanciert, dass die Pflanze die optimale Wassermenge erhält. Hierfür wird auf einer Skala ein bestimmter Zielbereich eingeblendet. Sterne zeigen den Nutzer*innen an, wenn sie diesen Bereich erreicht haben. Erst dann startet auch ein Countdown bis zum Ende der Interaktion. Gleichzeitig verändert sich auch die Pflanze und die angezeigte Regenmenge. Ist die Wassermenge zu groß werden die Blätter der Pflanze langsam braun, ebenso werden die Blätter gelblich braun, wenn die Pflanze nicht ausreichend gegossen wird. Ähnlich verhält es sich beim zweiten spielerischen Element, nämlich dann, wenn die Sonneneinstrahlung reguliert werden soll, um die Pflanze zur Reife zu führen. Auch hier wird die optimale Sonneneinstrahlung über den Druck auf den Button am unteren Bildrand geregelt und auch hier verändert sich die Pflanze ausgehend davon, ob zu viel oder zu wenig Sonne scheint.

Im Anschluss reifen die Kaffeebohnen und erhalten eine rote Farbe. Jetzt sind es nur noch wenige Monate bis zur Ernte. Am Ende der Anwendung erhalten die Besucher*innen eine Rückmeldung darüber, wie viele Bohnen sie zur Reife gebracht haben und wie viele Tassen Kaffee damit aufgebrüht werden können. Die App ermuntert dabei auch dazu, die Kaffeepflanze nochmal im Detail zu betrachten oder aber die Anwendung neu zu starten, um in einem zweiten Versuch noch mehr Kaffeebohnen ernten zu können.

Die größte Herausforderung bei der Gestaltung der interaktiven Elemente, war es, die Bedienung der Anwendung so einfach zu gestalten, dass sie intuitiv verstanden wird. Im Entwicklungsprozess waren zum Beispiel zu Beginn mehr interaktive Elemente vorgesehen. Im Rahmen eines Usability-Testings stellte sich allerdings heraus, dass diese die Bedienung vor allem für unerfahrene Nutzer*innen erschwerten. Am Ende fiel die Wahl auf die Bedienung über eine einzige Taste. Zusätzliche kurze Anleitungshinweise, die nach und nach in die Anwendung integriert wurden, halfen zusätzlich dabei die Nutzung zu vereinfachen.

Evaluation

Ziel der Evaluation war es herauszufinden, inwiefern die Besucher*innen die Anwendung nutzen, ob die Nutzung als intuitiv wahrgenommen wird und wie das individuelle Erlebnis bewertet wurde. Geplant war neben einer Beobachtungsphase und ersten Interviews auch die Durchführung einer Fragebogenanalyse. Letztere musste allerdings entfallen, da das Museum aufgrund der COVID-19 Pandemie geschlossen werden musste. Nachfolgend ist entsprechend eine Zusammenfassung der Ergebnisse aus der Beobachtung sowie der Interviews aufgeführt.

Beobachtungen

Zu Beginn der Evaluationsphase wurde die Kaffeeplantage der Sonderausstellung für ca. 3 Stunden (an verschiedenen Tagen) beobachtet. Ziel war es, die Besucher*innen aus einiger Entfernung in ihrer Interaktion mit den Tablets zu beobachten und die gewonnenen Informationen zu dokumentieren. Dabei wurde vor allem darauf geachtet, wie sich die Besucher*innen verhalten und welche Emotionen sie zeigen. Die Dokumentation erfolgte zuerst handschriftlich vor Ort und wurde später nochmals digital verfasst.

In der Auswertung der Beobachtungen zeigte sich, dass bereits die Wahrnehmung der AR-Anwendung durch die Besucher*innen von Interesse für die Interaktion war. Hierbei spielte die Platzierung der Tablets eine entscheidende Rolle. Da auf Hinweisschilder verzichtet wurde, um den immersiven Charakter einer Kaffeeplantage zu bewahren, war es möglich, dass die Tablets übersehen wurden oder aber die Besucher*innen nicht sofort erkannten, wie diese anzuwenden sind. Im Nachhinein wäre es sinnvoll gewesen direkt auf oder neben den Tablets kleine Hinweisschilder zu platzieren, die auf die Anwendung hinweisen. Des Weiteren zeigte sich, dass Nutzer*innen unterschiedlichen Alters auf unterschiedlicher Weise mit den Tablets interagieren. Vor allem für Kinder waren die Tablets teilweise nicht gut erreichbar und für ältere Besucher*innen gestaltete sich die Größe der Tablets als Herausforderung. Entsprechend sollte bei der Installation einer AR-Anwendung mit Hilfe von Tablets auf eine kindgerechte Positionierung und eine einfache Handhabung geachtet werden. Auch im Hinblick auf die Zugänglichkeit mit einem Rollstuhl muss darauf geachtet werden, dass die Tablets gut zu erreichen sind und die Fläche, auf der die Anwendung genutzt werden soll, ausreichend groß ist. Von großem Interesse war für uns, dass sich in der Beobachtung zeigte, dass die Nutzung der AR-Anwendung häufig in kleinen Gruppen erfolgte und so ein reger Austausch über die Nutzung und den Inhalt beobachtet werden konnte. Um diesen Aspekt weiter zu fördern empfiehlt es sich, solche oder ähnliche Stationen möglichst frei zugänglich zu gestalten, damit auch mehrere Personen gleichzeitig auf das Tablet blicken können.

Interviews

Ausgehend von den gemachten Beobachtungen wurden im Anschluss semistrukturierte Leitfadeninterviews durchgeführt. Insgesamt zehn Besucher*innen wurden an verschiedenen Tagen in der Sonderausstellung befragt, um weitere Einblicke in die Erfahrungen der Besucher*innen mit der AR-Anwendung zu erhalten. Dabei wurden neun Fragen formuliert, die den verschiedenen Kategorien Atmosphäre, erste Schritte, Bedienung und Erlebnis zugeordnet wurden. Die Interviews wurden mit dem Einverständnis der Befragten mitgeschnitten und anschließend transkribiert.

LeitfrageInhaltliche Aspekte
AtmosphäreWie ist Ihr Gesamteindruck von der Kaffee-Plantage?
Gibt es etwas, das Ihnen besonders gut oder gar nicht gefällt?
Erste SchritteWie sind Sie auf das Tablet aufmerksam geworden?
Wie haben Sie das Tablet vorgefunden? War der Startbildschirm zu sehen oder war das Spiel noch geöffnet?
Wenn Sie sich noch einmal zurückerinnern: War Ihnen bewusst, dass ein Spiel dahintersteckt?
ErlebnisWie haben Sie das Spiel empfunden?
Welchen Gesamteindruck haben Sie von dem Spiel?
BedienungWie finden Sie die Bedienung des Tablets?
Gab es einen Moment, wo Sie nicht wussten, was zu tun ist?
Haben Sie im Nachhinein noch eine Frage zu dem Spiel oder der Bedienung?
DownloadWussten Sie, dass man die App kostenlos herunterladen kann?
Wenn Sie es jetzt wissen, würden Sie sich die App nachträglich herunterladen?
Übersicht über die Interviewfragen

Die Auswertung wurde mit einer qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring durchgeführt, in der sich zeigte, dass für die befragten Besucher*innen Spaß am Spiel und eine einfache Bedienung von Bedeutung ist. Auch die Gestaltung des Kaffee-Waldes spielte eine besondere Rolle, um ein immersives Erlebnis zu erzeugen. Ein überraschendes Ergebnis der Interviews war, dass die AR-Anwendung im Kontext der Ausstellung als sehr positiv bewertet wurde, die Möglichkeit zum Download jedoch auf sehr wenig Interesse stieß.

Weitere Ergebnisse im Teilprojekt

Bild zum Ergebnis: Eine AR-Anwendung zum Kaffeeanbau
Digitale Vermittlungstools

Eine AR-Anwendung zum Kaffeeanbau

Deutsches Museum von Meisterwerken der Naturwissenschaft und Technik

In der App können die Nutzer*innen eine virtuelle Kaffeepflanze wachsen lassen, indem sie für ausreichend Wasser und Sonne sorgen.
Bild zum Ergebnis: Eine Virtual Reality Testfläche im Ausstellungsraum
Digitale Vermittlungstools

Eine Virtual Reality Testfläche im Ausstellungsraum

Deutsches Museum von Meisterwerken der Naturwissenschaft und Technik

Das VRlab ermöglicht den Besucher*innen das Ausprobieren und Experimentieren mit VR/AR-Technologien und das Eintauchen in virtuelle Welten der Technik- und Wissenschaftsgeschichte.
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