Centre for Visual Computing of Collectives

Das Herzstück des VCC-Gebäudes ist der Imaging Hangar. In einer reaktiven 3D-Umgebung auf 1.900 Kubikmetern kann hier das Verhalten von Tieren beobachtet werden. Bahnbrechende Technologien ermöglichen die Untersuchung von schwärmenden Vögeln, Insekten und Säugetieren in einer kontrollierten, veränderbaren Umgebung. Die Reaktionen der Tiere auf virtuelle Einflüsse, wie z. B. projizierte Raubtiere, können mit hoher Präzision in Echtzeit verfolgt werden. Der Imaging Hangar ermöglicht nicht nur Einblicke in Tiernetzwerke, sondern trägt auch zur Entwicklung von Computer Vision bei. Durch sein anpassungsfähiges Design können neue Technologien wie Bewegungserfassung und Computer Vision leicht implementiert werden.

Der Imaging Hangar ist eine hervorragende Grundlage für die Erforschung des kollektiven Verhaltens. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen können hier Phänomene innerhalb von Tiergruppen untersuchen und innovative Forschungsinstrumente weiterentwickeln.

Ähnliche Experimente in kleinerem Maßstab können in den Fish Labs durchgeführt werden, wo verschiedene Wassertierarten in allen Einzelheiten beobachtet werden können, während sie unter genau kontrollierten Bedingungen selbst gestalteten Virtual-Reality-Umgebungen ausgesetzt werden.

Da es derzeit keine moderne Technologie für reaktive virtuelle 3D-Umgebungen gibt, werden Lösungen im Computer Graphics Lab erforscht und getestet. Dies umfasst die Erprobung von hochauflösender Projektionstechnik und Echtzeit-Tracking-Geräten sowie die Datenverarbeitungsanforderungen für das direkte Zusammenspiel dieser Komponenten. Auch die Entwicklung und Optimierung der virtuellen Geländesimulationen wird hier durchgeführt.

Die Nachverfolgung von Tieren im Imaging Hangar und in den Fish Labs in der enormen Detailtiefe erzeugt riesige Datenmengen. Externe Datenquellen wie z. B. getrackte Wildtiere aus dem ICARUS-Projekt vergrößern diese Menge zusätzlich. Daher sind eine effiziente Datenspeicherung und anschließende Computerverarbeitung von entscheidender Bedeutung für die wissenschaftliche Leistungsfähigkeit des VCC. Genau an diesen Herausforderungen wird im Network Analytics Lab gearbeitet. Auch formale Darstellungen von Interaktionsnetzwerken, die aus den gesammelten Daten abgeleitet werden, werden hier erforscht.

Ein wichtiger Schritt für die kollektive Verhaltensforschung ist die Übertragung von Erkenntnissen aus dem Verhalten der Tiere auf den menschlichen Bereich, bzw. auf von Menschen gesteuerte Netzwerke wie Logistik und Verkehr. Um die aus der Tierbeobachtung gewonnenen Hypothesen zu überprüfen, müssen die Tests mit menschlichen Probanden in einer ebenso kontrollierten Umgebung ablaufen. Geschaffen wird diese im Virtual Reality Lab mit Hilfe verschiedener Technologien, die eine vollständig kontrollierte virtuelle 3D-Umgebung ermöglichen. Die Ausstattung mit mehreren Virtual Reality Headsets wie dem Oculus Rift für Experimente mit fester Position oder dem HTC Vive für volle Bewegungsfreiheit, ermöglicht Experimente mit mehreren Testpersonen gleichzeitig in einer gemeinsamen virtuellen Umgebung. Darüber hinaus können durch Mixed-Reality-Technologien, wie die Microsoft Hololens, reale und materielle Versuchsaufbauten mit virtuellen Effekten ergänzt werden, um Testpersonen mit neuen Situationen und Reizen zu konfrontieren. Im Vergleich zu Experimenten in der realen Welt ermöglicht die Durchführung von Experimenten in der virtuellen bzw. gemischten Realität eine viel kontrolliertere Umgebung. Diese bietet weitaus größere Möglichkeiten, die Handlungen der Probanden zu verfolgen, da alle Handlungen direkt aufgezeichnet werden können.

Neben der Schaffung von reaktiven virtuellen Umgebungen mit Echtzeitsteuerung und Datenerfassung, besteht die dritte Hauptaufgabe in der Auswertung der gesammelten Daten und Wissensgenerierung. Der Großteil der Datensätze besteht aus aufgezeichneten Bewegungen von Kollektiven. Aufgrund der Komplexität der Daten und Aufgaben benötigen wir eine Kombination von rechnergestützten und visuellen Analysemethoden für eine effektive Untersuchung der Daten. Neuartige Tools, Visualisierungen und speziell entwickelte Hardware-Konfigurationen werden im Control Room und Analytics Lab erprobt. In der flexiblen Umgebung können verschiedene Lösungen entwickelt und verglichen werden. Unter anderem stehen Multi-Display-Setups, flache und an der Wand montierte hochauflösende Touchscreens und neueste Interaktionstechnologien wie Eye- und Motion-Tracking zur Verfügung.

Wenn wir den Imaging Hangar als das Herz des VCC betrachten, dann ist das Data Theatre das Gehirn. In dem 160 Quadratmeter großen Raum können Forschende aller beteiligten Disziplinen Daten zum kollektiven Verhalten auf einem 7m x 3m großen, ultrahochauflösenden Projektionssystem gemeinsam untersuchen und analysieren. Aufgrund der außergewöhnlich hohen Pixeldichte bietet dieser besondere Aufbau die Möglichkeit, sehr große Datenmengen interaktiv zu untersuchen. Durch die Größe der Bildschirmwand ist es möglich, gleichzeitig das große Ganze sowie sehr kleine Details zu betrachten. Damit ist es ideal für gemeinsame Analysen mehrerer Experten und Expertinnen sowie für individuelle Präsentationen vor einem Publikum von bis zu 130 Personen geeignet.