3D-Visualisierung: Perspektiven in der musealen Vermittlung
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3D-Visualisierung: Perspektiven in der musealen Vermittlung

Deutsches Museum

Im Teilprojekt werden Konzepte zur Wissensvermittlung via Virtual und Augmented Reality geprüft und Empfehlungen zu ihrer Umsetzung in Museen erarbeitet.

Das Deutsche Museum macht komplexe Zusammenhänge aus Naturwissenschaft und Technik anhand einzigartiger Objekte erlebbar. Zahlreiche historische Exponate aus der Sammlung des Museums – von der Dampfmaschine bis zum Mondauto – dürfen jedoch aus konservatorischen Gründen nicht mehr in Betrieb genommen werden. Viele können nicht mehr in ihrem Ursprungskontext gezeigt werden. Digitale 3D-Modelle und 3D-Visualisierung erlauben es, die Arbeitsweise, den Aufbau und die Materialbeschaffenheit von Exponaten detailgenauer zu präsentieren, als dies über analoge Vermittlungsformate möglich wäre.

360-Grad-Animation (per Mausklick steuerbar): Mit dem Mondauto über den Mond fahren © Bayerischer Rundfunk
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360-Grad-Animation (per Mausklick steuerbar): Mit dem Mondauto über den Mond fahren © Bayerischer Rundfunk

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Ein 3D-Modell des Lunar Rover Vehiccle – der Fahrzeugtyp mit Elektroantrieb, der u.a. bei der Appollo-Mission 15 zum Einsatz kam – ermöglicht eine Fahrt über eine animierte Mondoberfläche in Virtual Reality. Zu sehen ist ebenfalls eine virtuell nachgebildete Mondlandefähre.

3D-Visualisierungen bieten den BesucherInnen beispielsweise die Möglichkeit, sich virtuell die Funktionsweisen von realen Objekten wie der Sulzer Dampfmaschine anzeigen zu lassen oder am digitalen Modell zu erfahren, wie sich die Dampfmaschine durch das Zu- oder Abschalten von Spinnmaschinen selbst reguliert.

Gleichzeitig stellen die Anfertigung von digitalen 3D-Inhalten und ihre Vermittlung in Virtual Reality- oder Augmented Reality-Szenarien hohe technische und organisatorische Anforderungen an Museen. Digitale Vermittlungsmethoden müssen museumsgerecht sein, neue mediale Konzepte in Ausstellungsdesign und Infrastruktur eingepasst werden.

Die Idee: Experimentieren mit Technologien zur 3D-Visualisierung in Laborsettings 

Im Teilprojekt entwickeln wir deshalb unterschiedliche Konzepte und Anwendungsszenarien für eine Vielzahl digitaler Technologien zur 3D-Visualisierung und evaluieren die gewählten Ansätze im Hinblick auf Zukunftsperspektiven für die museale Vermittlung.
Dabei greift das Deutsche Museum auf Vorarbeiten zurück und entwickelt diese im Zuge von museum4punkt0 systematisch für eine möglichst interaktive, besucherorientierte Nutzung im Museum weiter:

Vorarbeiten des Deutschen Museums © Bayerischer Rundfunk
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Vorarbeiten des Deutschen Museums © Bayerischer Rundfunk

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Berühren verboten. Seit Jahren steht ein Nachbau des Lilienthal-Gleiters in der Luftfahrtabteilung des Deutschen Museums. Aber mehr als anschauen und nachlesen ist heute nicht. Jürgen Dudowitz von der auf virtuelle Welten spezialisierten Firma Time in the Box will sich damit nicht mehr zufriedengeben. Im Auftrag von Georg Hohmann, dem Chef der Digitalabteilung des Museums, soll er die Ausstellungsobjekte erlebbarer machen.

[Georg Hohmann:] Das ist natürlich ein Spagat. Ich bevorzuge den Begriff des Edutainment. Es soll Spaß machen, soll aber auch Wissen vermitteln. Das steht immer noch an erster Stelle hier im Museum. Dass wir Wissen auch akkurat vermitteln, aber natürlich muss ein Museum heute auch eine Erlebniswelt sein. Virtuelle Erlebniswelten sind heute digital und müssen heute digital vermittelt werden. Das heißt wir müssen natürlich auch gucken, wie wir das junge Publikum hier ansprechen.

[Blick in Luftfahrtausstellung, Sprecher:] Sich endlich den Traum vom Fliegen erfüllen? Dank digitaler Erlebniswelten wird Lilienthals Vision Wirklichkeit.

[Jürgen Dudowitz:] Die Idee der Digitalisierung war, dass wir ein Funktionsmodell in virtuelle Welten einsetzen können und mit dem Sachen machen können wie zum Beispiel eine Animation der damaligen Zeit – 1894 – wo Lilienthal geflogen ist.

[Blick auf Animationssoftware, Sprecher] Auf Lilienthals Originalplänen aufbauend und mit Hilfe tausender Einzelaufnahmen und Scans baut sich Schicht für Schicht ein realitätsnahes Modell auf. Der Besucher kann Lilienthals Abenteuer wahlweise aus fünf verschiedenen Kameraperspektiven nacherleben. Die Topographie der Landschaft wurde aus historischen Fotogafien und Aufzeichnungen rekonstruiert. 15 Sekunden dauert der virtuelle Flug und kommt damit der Realität sehr nahe.

[Georg Hohmann und Jürgen Dudowitz am Computer:] Gut gelandet!

[Hohmann:] Also ich bin sehr beeindruckt. Man kann viel mehr nachvollziehen, wie er dort geflogen ist, wie kompliziert das auch war und auch wie wagemutig, wenn man gerade sieht wie er sich nur mit der Kraft seiner zwei Arme an dem Flügel festhält. Da kann man schon viel mehr nachvollziehen, was das für ein Unterfangen war damals.

[Sprecher:] Die Museumsbesucher sollen in Zukunft an dem virtuellen Modell selbst forschen können.

[Hohmann:] Wenn wir ein physikalisch korrektes Modell haben, können wir natürlich auch viele Aussagen über das Modell treffen. Zum Beispiel könnte man auch hingehen und die Flügelspannweite vergrößern indem man es auseinanderzieht, um dann zu schauen wie sich dann das Flugverhalten verändert. Fliegt es überhaupt noch oder ist es so auf den Punkt konstruiert, dass es nur so fliegen kann?

[Sprecher:] Bisher wurden im Deutschen Museum sogenannte Dioramen eingesetzt, um die Szenerie eines technisch-naturwissenschaftlichen Ereignisses darzustellen.

[Hohmann:] Wenn man heute die Erlebniswelten kennt ist das [deutet auf Diorama] eigentlich eine veraltete Visualisierung des Geschehens. Im Grunde ist das was wir machen quasi eine Fortsetzung dessen. Wir orientieren uns an sowas, aber so, dass wir einen viel höheren Realismusgrad und eine viel höhere Detailgenauigkeit erreichen können.

[Sprecher:] Nur selten wird die alte Präzisionsventildampfmaschine von 1865 im Deutschen Museum in Betrieb gesetzt. Umso wichtiger war es für Dudowitz und Hohmann, das Ausstellungsobjekt digital zu ergänzen.

[Hohmann:] Bei so einer Maschine ist es natürlich eine ganz andere Herausforderung. Wenn man nur ein digitales Foto macht, sieht man zwar die Maschine von außen, hat aber die Funktionsweise nicht ganz verstanden. Deswegen sind wir hier andere Wege gegangen.

[Inspektion der Dampfmaschine] [Hohmann mit Virtual Reality-Brille:] Ich muss erst einmal die Brille aufsetzen und aufpassen, dass man das Kabel so legt, dass man nicht gleich drüber stolpert. Wenn ich mich umdrehe stehe ich schon vor der Dampfmaschine, die schon in voller Fahrt ist. Oh ja, sehr beeindruckend. Man ist quasi schon im Museum drin und wenn ich mich seitwärts bewege ist auch [eine Grenze] angezeigt, damit ich nicht gleich gegen die Bürotische stoße. Die Controller sieht man auch [in der virtuellen Animation]. Das ist sehr beeindruckend. Man sieht sie wirklich komplett in Echtzeit. Sie werden auch zur Navigation genutzt. Ich kann mich hiermit im Raum bewegen und kann zur Seite gehen. Es ist sehr unmittelbar. Wenn man dieses Gerät hat, aber diese Museumssituation nicht, wo man quasi immer ein bisschen zurückhaltend ist und sich nicht richtig traut, richtig heran zu gehen und zu schauen. Bei dieser Maschine ist auch der Gefahrenbereich einfach größer. Aber hier kann man alles machen was man möchte. Man kann einfach hineingehen.

[Sprecher:] Es gibt sogar schon erste Ansätze, das Erlebnis mit Gerüchen anzureichern.

[Blick in das 3D-Modell] [Hohmann:] Man hat hier in der Simulation nun auch die Möglichkeit, mit der Maschine zu interagieren. Wir hatten ja gesagt, dass daran Maschinen betrieben worden sind. Wir können jetzt sagen wir haben hier ein virtuelles Steuerfeld, das ich vor mir sehe und ich kann es jetzt manipulieren und sagen ‚Was passiert jetzt eigentlich, wenn ich fünf weitere Maschinen dranlege?‘ Wenn man das sieht hat man gleich wieder 10.000 neue Ideen, was man noch mehr machen kann.

[Sprecher:] Was kann man machen?

[Hohmann:] Wenn man allein mit anderen Leuten interagiert in dieser virtuellen Welt, wenn man die noch sehen würde als Avatare, vielleicht noch einen virtuellen Klassenraum macht und solche Geschichten. Das wäre schon ein tolle Sache.

[Sprecher:] Aber besteht bei diesen Möglichkeiten nicht die Gefahr, dass die Besucher zu Hause vor dem Bildschirm bleiben und gar nicht mehr ins Museum kommen?

[Hohmann:] Die ganzen Statistiken zeigen, dass die Digitalisierung auch in Museen, in allen Kultureinrichtungen dazu führt, dass immer mehr Leute reinkommen. Wir wollen einfach ein Ort der Begegnung sein. Wir sind eine digitale Gesellschaft, das heißt wir müssen das Digitale hier im Museum auch mitbringen und über das Digitale die Leute auch wieder ins Museum bringen.

[Sprecher:] Der Mondrover der Apollo 15 ist eines der attraktivsten Ausstellungsstücke der Raumfahrtausstellung im Deutschen Museum. Mit mehr als 45.000 hochauflösenden Scans wurde das Fahrzeug von Time in the Box virtuell nachgebaut. Selbst bei der Gestaltung der Mondoberfläche überließen die Experten nichts dem Zufall. Das Areal wurde historischen Film- und Fotoaufnahmen nachempfunden. Der Besucher kann sich wie ein Astronaut auf dem Mond fühlen.

[Hohmann:] Die digitale Simulation des Ganzen ist viel exakter als das Modell, das im Museum zu sehen ist. Allein der Erkenntnisgewinn: Das fängt schon an, wenn man sich die Reifen hier betrachtet. Die Reifen im Museum sind halt Gummi-Reifen, die nie auf dem Mond gefahren wären. Hier [im 3D-Modell] haben wir die Originalreifen nachgebildet. Man kann auch hier viel genauer sehen, wie das Gerät funktioniert hat. Man kann es eben auch selber ausprobieren. Dass wäre dann eben auch etwas wie man es eben auch ausprobierbar macht und sich der Besucher wirklich ins Mondauto setzen kann und eine Runde fahren kann und schauen kann: Wie war das denn so?

[Sprecher:] Beim Werben um neue Besucher sind die Museumsmacher auf dem schmalen Grat zwischen Unterhaltung und Bildungsauftrag unterwegs.

[Hohmann:] Ich glaube es ist eine Frage des Ausprobierens wirklich. Ich würde es einfach ausprobieren. Es sollte natürlich nicht zu militärisch werden, sage ich mal. Aber man muss die Leute auch da abholen, wo sie sind. Was sie vom Gaming gewohnt sind und da sollte man auch einfach ein paar Aspekte mal einbringen, die einfach Fun machen, Spaß machen, aber wo man immer auch die Rückbindung dazu hat, was wir auch vermitteln wollen an Wissen.

[Sprecher:] Next Level Wissensvermittlung – digitalisiert und interaktiv. So will das Deutsche Museum in Zukunft auch attraktiv bleiben.

Umsetzungsansätze

VRlab – Testumgebung für digitales Storytelling in VR

Das VRlab wurde im August 2018 als Experimentierfläche im Ausstellungsraum für BesucherInnen eröffnet. Darin werden verschiedene Vermittlungsszenarien des digital Storytelling getestet und Szenarien für Betriebskonzepte evaluiert. Auf insgesamt 120 Quadratmeter sind ein Anmeldebereich, eine Multifunktionsfläche sowie drei Flächen zur Präsentation von VR-Sequenzen untergebracht. Hier werden 3D gescannte und aufwendig nachmodellierte Objekte des Deutschen Museums präsentiert. Neben einem Fahrsimulator, mit dem man virtuell über die Mondoberfläche fahren kann, werden auf den zwei VR Flächen eine Dampfmaschine der Gebrüder Sulzer, der Benz-Motorwagen, der Lilienthalgleiter sowie das Lunar Roving Vehicle in virtuelle Welten versetzt. Das VRlab als Gläsernes Labor wurde explizit modular und offen gestaltet. Hier können neueste technologische Entwicklungen zeitnah in der Interaktion mit den täglichen BesucherInnen getestet werden. Auch werden hier unterschiedliche VR-Szenarien im Besuchereinsatz erprobt und evaluiert. So können Vergleiche im Einsatz von interaktiven VR-Systemen und z.B. 360-Grad-Brillen untersucht werden. Gleichzeitig wird den BesucherInnen die Technologie hinter der VR vermittelt, Partnereinrichtungen aus Forschung, Wirtschaft und Kunst machen aktuelle Entwicklungen im weiten Feld der Virtual Reality greifbar.

Auswahlmenü der VR-Sequenz auf den VR-Flächen © Deutsches Museum / VR Dynamix
Auswahlmenü der VR-Sequenz auf den VR-Flächen © Deutsches Museum / VR Dynamix

VRlab

Über den Mond fahren, mit dem Lilienthalgleiter abheben oder durch eine Dampfmaschine spazieren: Seit dem 1. August 2018 können Besucher im VRlab des Deutschen Museums in die virtuelle Welt eintauchen. mehr erfahren

Zentrale Fragen nach infrastrukturellen Voraussetzungen (z.B. im Hinblick auf die Raumgröße oder das technische Equipment), unterschiedlichen Betriebskonzepten (z.B. mit oder ohne Anmeldung) und digitalen Vermittlungsmethoden (z.B. virtuelle Touren oder freies Explorieren der Nutzerinnen) werden umfassend wissenschaftlich evaluiert und nachhaltig dokumentiert. Die eingesetzten methodischen Verfahren erstrecken sich dabei von Beobachtungstagebüchern, über Leitfaden gestützte Interviews, Fokusgruppen, A-B-Testings und großangelegte Erhebungen über Fragebögen. Ermöglicht wird die umfassende Evaluation auch durch die enge Zusammenarbeit mit unterschiedlichen Lehrstühlen in und um München. Im Rahmen von Abschlussarbeiten und Praktika können dadurch Fragestellungen vertiefend beantwortet werden. Die so gewonnenen Ergebnisse werden grafisch aufbereitet und sollen andere Einrichtungen in der Frage nach dem richtigen Einsatz von VR im Ausstellungsraum anschaulich unterstützen.

Prototypischer Einsatz von AR im Ausstellungskontext

Im Bereich Augmented Reality (AR) steht der Einsatz von Prototypen im Ausstellungsraum sowie dessen Evaluation und Dokumentation im Zentrum. Getestet werden sollen:

  • unterschiedliche Ansätze des digital Storytellings
  • verschiedene Einsatzmöglichkeiten hinsichtlich technischer Endgeräte (z.B. Smartphones, bespielbare Vitrinen, Tablets)
  • Betriebskonzepte (z.B. fest installierte Tablets, Geräteverleih, haptische Anwendungsszenarien)

Hierfür wird eine im Rahmen der im Juli 2019 eröffneten Sonderausstellung „Kosmos Kaffee“ entwickelte AR-App umfangreich hinsichtlich der Nutzungsfreundlichkeit, der Vermittlungsansätze und der Umsetzung evaluiert.

App zur Ausstellung „Kosmos Kaffee“, Foto: Deutsches Museum
App zur Ausstellung „Kosmos Kaffee“, Foto: Deutsches Museum

Kosmos Kaffee: AR-App

In der App können BesucherInnen eine Kaffeepflanze virtuell wachsen lassen. Hierfür wird ein Marker am Boden im Ausstellungsbereich gescannt. Über vor Ort verfügbare, fest installierte Tablets kann dann durch einen Tastendruck die Pflanze zum Wachsen gebracht werden, durch das Ausbalancieren der richtigen Wassermenge und Sonneneinstrahlung sollen BesucherInnen mehr über die nötigen Umweltbedingen im Anbau von Kaffee erfahren. Zudem haben sie die Möglichkeit die Pflanze im Detail zu betrachten und so mehr über Blüte und Frucht zu erfahren.

Die App kann aber auch auf das eigene Smartphone geladen werden und schafft so auch außerhalb des Museums eine Verbindung zum Ausstellungsinhalt. Die App soll mit Hilfe von Interviews, Fokus-Gruppen und Fragebögen evaluiert werden.

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Ergänzend zu der entwickelten und veröffentlichten AR-App wird ein AR-Wettbewerb ausgeschrieben. Über das Wettbewerbsformat sollen drei Projekte realisiert werden, die prototypisch weitere Anwendungsszenarien erproben. Hierzu gehört z.B.:

  • Einsatz von AR für die Navigation in Innenräumen
  • Einbindung von Dioramen in der Nutzung von AR
  • Gamification-Ansätze und unterschiedliche Level der Anreicherung (von Text, über Bild, Video und Ton bis hin zu Animationen) von Museumsobjekten

Im Rahmen des Wettbewerbs soll zudem gezeigt werden, welche Storytelling-Ansätze sich für welche Inhalte bzw. Objekte eigenen. Und auch hier wird der Einsatz verschiedener Endgeräte und Nutzungsszenarien getestet. Dabei wird die Umsetzung in Kooperation mit den Firmen engmaschig dokumentiert. Die so entstehenden Prototypen werden anschließend umfassend wissenschaftlich evaluiert. Auch hier wird die Arbeit im Projekt durch Abschlussarbeiten ergänzt. So werden im Rahmen einer Masterarbeit drei AR-App Mockups zu unterschiedlichen Ausstellungsinhalten entwickelt und getestet, die sich v.a. mit älteren Ausstellungsinhalten beschäftigen. Hier sollen auch Gamification-Ansätze erprobt werden. Zudem liegt der Fokus auf niederschwelligen Ansätzen, die auch kostengünstig und mit wenig Zeitaufwand umgesetzt werden können.

Vom analogen Objekt zur digitalen Forschungs-(und Vermittlungs-)ressource

Im Rahmen des Teilprojekts wird das auf der Ausstellungsfläche eingerichtete Fotostudio des „Deutschen Museum Digital“ aktuell um einen 3D-Scanbereich erweitert. Neben Tests fotogrammetrischer Scan-Verfahren soll hier eine Scan-Station eingerichtet werden sowie ein Handscanner zum Einsatz kommen. Als Teil der Ausstellungsfläche soll der Bereich auch BesucherInnen zugänglich sein. Hier sollen über Sonderführungen und Kurzfilmen Einblicke in die unterschiedlichen 3D Scanverfahren gegeben werden. Die unterschiedlichen Scanverfahren sollen Einblicke liefern welche Verfahren sich für welche Objekte anbieten und dies auch anschaulich dokumentieren. Gerade das Deutsche Museum liefert mit Objekten, die teils sehr groß sind, sehr filigran oder aber metallisch glänzen eine besondere Herausforderung für die aktuell verfügbare 3D-Scantechnologie. Entsprechend soll aufgezeigt werden, wie man mit ‚schwierig‘ zu scannenden Objekten umgehen kann, wann sich die Modellierung lohnt, wann Objekte von externen Partnereinrichtungen gescannt werden sollten und was im eigenen Institut umgesetzt werden kann.

Beteiligte Personen

Georg Hohmann

Georg Hohmann

Teilprojektleitung / Leiter, Deutsches Museum Digital

Andrea Geipel

Andrea Geipel

Teilprojektsteuerung

+49(0)89 2179 544a.geipel@deutsches-museum.de
Claus Henkensiefken

Claus Henkensiefken

Technische Umsetzung

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Logbuch

Zentrale wissenschaftliche Projektsteuerung

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Migrationsgeschichte digital erleben

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