Virtual Reality Abenteuer Bodenleben – Den verborgenen Lebensraum Boden erleben

Entwicklung

In einem Kubikmeter Boden leben mehr Organismen als Menschen auf der Erde. Obwohl die Bodenorganismen für die Ökosystemleistungen, wie z.B. die Bodenfruchtbarkeit, von entscheidender Bedeutung sind, ist das Wissen über die biologische Vielfalt des Bodens im Allgemeinen sehr gering. Als Forschungsmuseum mit bodenzoologischem Schwerpunkt verfolgen wir beim Transfer in die Gesellschaft das Ziel, dieses Wissen einer breiten Öffentlichkeit zu vermitteln. Das Museum entwickelte mehrere Wanderausstellungen zu den Themen Biologie und Bedeutung der Bodenorganismen, Bodenbildung, -zerstörung und -schutz sowie Bodenkunde auf internationaler Wanderschaft. Die Unzugänglichkeit des Lebensraumes Boden für uns Menschen und die mikroskopische Kleinheit seiner Bewohner stellen dabei eine Herausforderung dar. „Die dünne Haut der Erde – Unsere Böden“ vermittelt daher nicht nur mit klassischen Medien wie Fotos, Videos und hochwertigen Modellen, sondern will den Besucher*innen auch einen emotionalen Zugang zum Abenteuer Bodenleben und damit eine erweiterte Lernerfahrung eröffnen.

Inhaltliches Konzept

Ziel der Anwendung war es, das Ökosystem Boden und seine Bewohner erlebbar zu machen, Ressentiments abzubauen und so einen emotionalen Mehrwert für die Besucher*innen der Wanderausstellung zu schaffen. Das inhaltliche Konzept setzt auf einen immersiven Vermittlungsansatz. Die Besucher*innen sollen in den sonst unzugänglichen Lebensraum eintauchen können. Dementsprechend sollte die Anwendung den Boden 200-fach vergrößert darstellen, sodass die Benutzer*innen die Perspektive der Bodenorganismen einnehmen, ihnen auf Augenhöhe begegnen und teilweise auch mit ihnen interagieren können. Durch die enge Zusammenarbeit mit den bodenzoologischen Expert*innen des Museums sollte eine Auswahl von repräsentativen Bodenorganismen so realitätsnah und authentisch wie möglich modelliert und animiert werden. Die virtuelle Umgebung sollte die unterschiedlichen Bedingungen in den Bodenschichten widerspiegeln. Dabei wurden drei wichtige Sub-Lebensräume berücksichtigt: der Porenraum des Oberbodens, die Laubstreuschicht eines Buchenwaldes, der in Deutschland eine weit verbreitete natürliche Bewaldung ist, und eine wassergefüllte Bodenpore.

Das Grundkonzept (Habitate, Organismenauswahl, Interaktionen, Maßstab) wurde in einem Storyboard festgehalten, das gemeinsam vom Projektteam und dem Team der Wanderausstellung entwickelt wurde. Es wurde im Entwicklungsprozess und in enger Abstimmung mit den jeweiligen Spezialist*innen der ausgewählten Bodentiere und den beauftragten Entwicklern fortlaufend verfeinert. Im Lebensraum Laubstreu können zwei Bodenorganismen von den Nutzer*innen angetippt werden und zeigen dann eine taxontypische Reaktion: Hornmilben ziehen Kopf und Beine in ihren harten Panzer zurück, Springschwänze katapultieren sich mit einer Sprunggabel in Sicherheit. Einer der Springschwänze kann aufgehoben und seine Sprunggabel genau betrachtet werden. In den beiden unterirdischen Habitaten wird der Controller zur virtuellen Taschenlampe.

Technisches Konzept, Steuerung und Gestaltung

Um ein immersives Erlebnis zu schaffen, wurde das Format einer Virtual-Reality-Anwendung ausgewählt. Für die 3D-Modellierung wurde Cinema4D verwendet, die Anwendung selbst wurde in Unity3D entwickelt. Nacheinander wurden die drei Lebensraumtypen des Bodens als 360-Grad-Umgebung modelliert und darin insgesamt 14 verschiedene 3D-Modelle von charakteristischen Bodentierarten platziert. An zwei Stellen in der Anwendung ist das Modell einer 1-Cent-Münze integriert, um den Verkleinerungs-Maßstab der virtuellen Szene zu visualisieren. Die Orientierung in den Lebensräumen und die Hinführung zu den verschiedenen Tiermodellen wird durch eine virtuelle Karte der Umgebung erleichtert, die über dem Controller schwebt, wenn dieser an die Brille herangeführt wird.

Die Grundlage für die 3D-Modellierung der Bodenumwelt und der Tiermodelle bildeten wissenschaftliche Illustrationen und (rasterelektronen-)mikroskopische Foto- und Videoaufnahmen der Tiere sowie Fotografien von Szenenelementen wie Bodenausschnitte, einzelne Blätter oder Erdkrümel. In einem iterativen Prozess wurden Zwischenstände der Habitat- und Tiermodelle und ihre Animation gemeinsam mit den Bodenzoologinnen und -zoologen beurteilt und verfeinert, um die Korrektheit der taxonspezifischen Morphologie, der Bewegung und des Verhaltens sowie der Proportionen und Texturen der Umgebungselemente zu gewährleisten.

Die Anwendung und ihr Interaktionskonzept wurden im Hinblick auf ein raumfüllendes Virtual-Reality-Erlebnis mit einer kabelgebundenen Brille (HTC Vive oder HTC Vive Pro) und einem zuspielenden Computer (aufgrund der hohen Rechenleistung der Anwendung) für den Einsatz in einem begrenzten Spielbereich entwickelt. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausstattung beschränkt. Die VR-Technologie entwickelt sich rasant weiter, VR-Brillen, Grafikkarten und Software werden ständig verbessert. Daher wurde bei der Entwicklung der Anwendung darauf geachtet, dass sie möglichst flexibel an neue und verbesserte Technik angepasst werden kann. Die Hardware der im Museum eingesetzten VR-Station ist daher modular aufgebaut, sodass einzelne Komponenten ausgetauscht werden können.

In dem von uns verwendeten Setup wird die Position von VR-Brille und Controller, die die Nutzer*innen tragen, durch Room-Scale-Tracking erfasst. Die Nutzer*innen können sich zu Fuß innerhalb des eingerichteten Spielbereichs bewegen. Ihre Bewegung im Raum entspricht dann ihrer Bewegung in der virtuellen Umgebung. Wird die äußere Grenze des Spielbereichs erreicht, erscheint als Feedback ein rotes Gitternetz in der Brillenansicht. Größere Distanzen zwischen zwei Punkten in der virtuellen Umgebung werden durch Steuerung mit dem Controller überwunden. Auch die Interaktion mit einzelnen Tiermodellen ist mit dem Controller möglich.

Umsetzung im Ausstellungsbetrieb

Die Nutzer*innen von „Abenteuer Bodenleben“ werden stets von einer qualifizierten Betreuungsperson durch das VR-Erlebnis geführt. Diese setzt das Hygienekonzept um, gibt den Nutzer*innen Hilfestellung beim Aufsetzen und Scharfstellen der Brille und weist sie in die Steuerung der Controller ein. Während des Weges der Nutzer*innen durch die virtuellen Umgebungen gibt die Betreuungsperson Hinweise und Erläuterungen über den Lebensraum Boden und die Bodenorganismen, hilft bei der Orientierung und achtet auf das Wohlbefinden der Nutzer*innen. Informationen zum Hygienekonzept vor und während der Coronapandemie finden Sie hier:

• Hygienekonzept: VR-Abenteuer-Bodenleben (PDF)

Als Teil einer Wanderausstellung muss die Virtual Reality Hardware mobil und stabil sein. Dazu wurde eine VR-Station entwickelt, in der der Zuspielrechner und die Kabelverbindungen fest integriert sind und Ablagen für Brille und Controller bietet. Auf seiner angeschrägten Oberfläche spiegelt ein Touchscreen die Wiedergabe der Brille, sodass verfolgt werden kann, was die Nutzer*innen sehen. Zusätzlich können Betreuer*innen die Position der Nutzer*innen auf einer Karte verfolgen und sie über Buttons zu vorbestimmten Highlights in der Anwendung bewegen oder einen anderen Lebensraum aufrufen. Die VR-Nutzer*innen bleiben so ständig im auditiven Kontakt mit den Betreuer*innen.

Ein weiterer großer Bildschirm steht frei im Raum und spiegelt die Anzeige des Touchscreens. Dies ermöglicht den umstehenden Besucher*innen nachzuvollziehen und darauf zu reagieren, was die Nutzer*innen erleben. So wird aus dem eigentlich isolierendem VR-Erlebnis der Brillen-Nutzer*innen ein interaktives Gruppenerlebnis. Zusätzlich werden die wartenden Besucher*innen auf das virtuelle Abenteuer eingestimmt und können wichtige Steuerungsfunktionen bereits beim Zuschauen erlernen.

Die VR-Anwendung wandert bereits seit Jahren mit der Ausstellung „Die dünne Haut der Erde – Unsere Böden“. Im Ausstellungsplan, der jeweils an die örtlichen Gegebenheiten angepasst wird, ist das VR-Angebot meist am Ende des Ausstellungsrundgangs lokalisiert, gelegentlich auch in gesonderten Räumen. Die Nutzer*innen haben sich dann bereits mit den Inhalten der Bodenausstellung auseinandergesetzt und Tiere und Boden kennengelernt. Das immersive Erlebnis kann diese Lernerfahrung vertiefen.

Auch außerhalb der Wanderausstellung können interessierte Institutionen die Anwendung mit einem eigenen VR-Set nutzen. Zudem ist es möglich, eine VR-Station inklusive Anwendung auszuleihen und im eigenen Vermittlungskontext einzusetzen.

Die VR wird an unserem Haus ebenso im Rahmen des museumspädagogischen Programms sowie bei Sonderveranstaltungen angeboten. Als Spielfeld dient eine ca. 4×4 Meter große Fläche in einem Multifunktionsraum des Museums. Dort kann die VR von zwei Personen innerhalb einer halben Stunde aufgebaut und für den Betrieb eingerichtet werden. Neben zwei VR-Stationen verfügen wir über ein mobiles VR-Set, bei dem anstelle der Station ein Laptop als Zuspielrechner fungiert. Das mobile Set kann von einer Person transportiert und aufgebaut werden.

Weiterentwicklung

Aufbauend auf den mehrjährigen Erfahrungen mit dem VR-Angebot im Ausstellungsbetrieb wurde im Anschluss an die eigentliche Anwendungsentwicklung der Fokus auf die Erhöhung des Nachnutzungspotenzials gelegt.

Gemeinsam mit den Entwickler*innen konzipierte das Projektteam eine Weiterentwicklung der Anwendung, die den Betreuungsaufwand reduzieren soll. Dafür wurde dem Besuch der Lebensräume eine Tutorial-Sequenz vorgelagert, in der die Nutzer*innen die Steuerung des Controllers erlernen (Positionswechsel, Interaktion mit animierten Modellen). Von hier aus gelangen die Nutzer*innen in eine virtuelle Ausstellung mit Informationen zu den Organismen, ihrer Skalierung und ihren Lebensräumen und können sich so den inhaltlichen Kontext des VR-Erlebnisses selbst aneignen. Sprungpunkte ermöglichen den selbstständigen Wechsel zwischen der virtuellen Ausstellung und den Lebensräumen.

Ergänzend bündelt die Website https://vr-bodenleben.senckenberg.de/ alle Informationen rund um die VR-Anwendung: Sie bietet Infotexte, interaktive 360-Grad-Panoramatouren durch die Lebensräume und 3D-Modelle der Bodenorganismen, die beim mobilen Aufruf der Website auch als AR-Filter genutzt werden können. Damit ermöglicht die Website eine von der VR-Nutzung unabhängige Auseinandersetzung mit den Inhalten und eröffnet mit dem AR-Tool einen niedrigschwelligen, spielerischen Zugang. Gleichzeitig vermittelt die Seite einen aussagekräftigen Eindruck des VR-Erlebnisses und einen Überblick über die Nachnutzung und den Verleih von VR-Stationen.

Evaluierung

Schon als der erste Lebensraum fertiggestellt und mit virtuellen Bodentieren besiedelt war, wurden die Praxistauglichkeit, die Nutzungsakzeptanz und der Betreuungsaufwand der VR-Anwendung mit Besucher*innen getestet. Die Befragung richtete sich an Besucher*innen ab 6 Jahren und wurde sowohl am Senckenberg Museum in Görlitz als auch in Frankfurt durchgeführt. Schwerpunkte waren die Benutzerfreundlichkeit (Umgang mit der Technik, Betreuung), die individuelle Wahrnehmung, Angst- und Schreckpotenzial sowie die Orientierung in der virtuellen Umgebung. Die Ergebnisse der Evaluation wurden publiziert und flossen in die Weiterentwicklung der Anwendung ein. Eine detaillierte Auswertung der Evaluation finden Sie hier:

• Evaluation VR „Abenteuer Bodenleben“ (PDF)

Um die mit der Weiterentwicklung angestrebte Reduzierung des Betreuungsaufwands der VR zu evaluieren, wurde im Oktober 2021 eine Befragung von Nutzer*innen durchgeführt. Eine detaillierte Auswertung der Evaluation finden Sie hier:

• Evaluierung der Weiterentwicklung zur Reduzierung des Betreuungsaufwandes (PDF)

Nachnutzung

Die Nachnutzung der VR „Abenteuer Bodenleben“ waren in den Wanderausstellungen von Senckenberg ausgesprochen erfolgreich, wie die Nutzer*innenzahlen und Standorte, aber auch die begeisterten Rückläufe der Partnermuseen und deren Besucher*innen zeigen.

Circa 20.000 Nutzer*innen haben die VR „Abenteuer Bodenleben“ in den letzten Jahren erleben können. Über unser Museumsprogramm und den Rahmen der Wanderausstellung hinaus, wurde die VR durch zahlreiche weitere Nachnutzer*innen angeboten, beispielsweise bei „Wissenschaftsnächten“ oder als Programmpunkt bei Fachtagungen von Universitäten, Umweltämtern, Bodenkundlichen Gesellschaften, Forschungseinrichtungen, etc. Die VR wurde außerdem in der akademischen Lehre eingesetzt, zum Beispiel an der pädagogischen Hochschule Heidelberg, am Internationalen Hochschulinstitut Zittau und an der Technischen Hochschule Siegburg. Mehrere Museen haben die VR-Station bzw. die Anwendung selbst ausgeliehen und – häufig für längere Zeit – in ihre eigenen Ausstellungen implementiert (u.a. Museum in Rüsselsheim, Landratsamt Landsberg am Lech).

Im Rahmen des Leibniz-Hackathons „AR you ready?“ in Kooperation mit dem A MAZE.Festival im Mai 2022, an dem sich neben anderen Leibniz-Forschungsmuseen auch das SMNG als Museumsmentor beteiligte, wurden die 3D-Modelle der Bodentiere einer Community von AR-Entwickler*innen zur Verfügung gestellt. Die beiden bestplatzierten AR-Anwendungen dieses experimentellen Programmierwettbewerbs integrierten die Modelle und warfen spannende mögliche Nachnutzungsszenarien auf. Eine davon ist eine Snapchat-Lense, entwickelt von Vladimir Storm, Louisa Schirmer und Ines Hilz. Eine AR-Landassel kann auf dem Arm der Nutzer*innen platziert werden und erzählt dann von ihrem Leben im Laub. Storytelling, Technik und Gestaltung zielen auf ein spielerisches Erlebnis für Gen Z.

Bereitstellung der Nachnutzung

Die VR-Anwendung „Abenteuer Bodenleben“ wird auf Anfrage kostenfrei bereitgestellt. Bitte verwenden Sie das Kontaktformular. Die 3D-Modelle der Bodenorganismen werden auf Sketchfab bereitgestellt.

Weitere Ergebnisse im Teilprojekt

Digitale Vermittlungstools

Die Görlitzer Landeskrone – Animation zu Landschaftsentstehung und Vulkanismus

Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz

Die Animation zeigt die erdgeschichtliche Entwicklung der für die Oberlausitz typischen Basaltkegel am Beispiel der Görlitzer Landeskrone.

Digitale Vermittlungstools

Mitmachen bei der Bodentierforschung – die Citizen Science App BODENTIERhoch4

Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz

Das Webportal und die mobile App „BODENTIERhoch4“ ist ein interaktiver Bestimmungsschlüssel für rund 260 heimische Bodentierarten, der Citizen Scientists eine aktive Mitwirkung an Forschung ermöglicht.

Digitale Vermittlungstools

Tauchfahrt durchs Grundwasser und Hologramme – Immersives Erleben eines unbekannten Lebensraums und seiner Bewohner

Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz

Für die internationale Wanderausstellung „Grundwasser lebt!“ entwickelten wir eine Anwendung, mit der unsere Besucher*innen eine Grundwasserlandschaft immersiv und interaktiv erkunden können sowie ein Display, das die verschiedenen Grundwasserorganismen als Hologramme darstellt.

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