Dynamik des Ozeanbodens

ARENA2 Visualisierungslabor

Der ARENA2 Simulator in der Lithothek des GEOMAR

Die ARENA2 (Artificial Research Environment for Networked Analysis) ist ein Visualisierungslabor für alle Disziplinen des GEOMAR sowie der assoziierten Kieler Meereswissenschaften, und richtet seinen Fokus inital auf Meeresbodengeologie.

Das ARENA2 labor ist der Nachfolger des ARENA Simulators (s.u.) und befindet sich seit Januar 2019 in Betrieb. Unser übergeordnetes Ziel ist die Bereitstellung von Tools, die sich unmittelbar positiv auf die wissenschaftliche Arbeit auswirken, wenn es um die visuelle Datenexploration geht. Besonders wichtig ist es uns, die Nutzung des Systems so einfach wie möglich zu gestalten, mit einer minimalen Lernkurve, aber auch mit einem messbaren Mehrwert für die erwarteten wissenschaftlichen Ergebnisse.

ARENA2 ist die Kern-Infrastruktur des Virtual Seafloor Projektes, welches durch eine Förderung des Exzellenzclusters "The Future Ocean) sowie ein Phase 2 und 3b Helmholtz-Exzellenznetzwerk (Nr. 18) finanziert wird.

Der PI des Projektes ist Laborleiter Dr. Tom Kwasnitschka.

Co-PIs der einzelnen Antragsstufen sind:

Prof. Dr. Colin Devey (GEOMAR)

Prof. Dr. Isabella Peters (CAU Kiel)

Prof. Dr. Wilhelm Hasselbring (CAU Kiel)

Prof. Dr. Ansgar Scherp (ehem. CAU Kiel)

Prof. Dr. Ilka Parchmann (CAU Kiel)

ARENA2 und das Virtual Seafloor Projekt sind ebenfalls gut innerhalb des GEOMAR vernetzt, und erhalten Co-Finanzierung durch die Digital Earth Initiative (Prof. Dr. Jens Greinert) und das Rechenzentrum (Hr. Sören Lorenz)..

Die Laborfeatures im Überblick

  • Eine maßgefertigte Einhausung von 6m x 7m x 6m innerhalb Lithothek auf dem Ostuferkampus beherbergt den Simulator.
  • Herzstück ist die GFK Kuppel von 6m Durchmesser welche frei an vier Flaschenzügen hängt. Dadurch sind Höhe und Neigung, kurz, die Orientierung, frei wählbar - ein Alleinstellungsmerkmal in der Simulator- und Kuppelwelt!
  • Ein Wings VIOSO Medienserver unterstützt stereoskopische Abspielraten von 60 FPS bei Auflösungen bis zu 4400 x 4400 pixel.
  • Wings AVIO ermöglicht die komplette Autpmatisierung des gesamten Labors. Das System kann von einem Smartphon aus hochgefahren werden - die Bedieung ist so einfach wie der Gang zum Drucker.
  • Ein Optitrack Motion Capture system erfasst die Bewegungen der Betrachter in Echtzeit und erlaubt Echtzeit-Interaktion mit der Simulation.
  • Mittels OpenGL-Caputring sind Nutzer in der Lage, beliebige OpenGL-basierte Desktopsoftware native im Dome zu nutzen, einschließlich Interaktion mit der Simulation, Head Tracking und stereoskopische Darstellung. Somit besteht absolut keine Lernkurve dank der Einbindung eingeschliffener Arbeitsabläufe in den Simulator.
  • Eine große Videoleinwand und ein Telekonferenzsystem erlauben Telearbeit.

Eines der wichtigsten Ziele des ARENA2 Konzeptes ist die Zusammenarbeit und Telepräsenz. Folgende Merkmale sind besonders hierauf ausgerichtet:

  • Alle in Echtzeit generierten oder vorproduzierten Inhalte können gestreamed werden und über Datenbrillen (HMDs) oder sogar andere Kuppeln (wie in digitalen Planetarien) empfangen werden.
  • Der OpenGL Capture Workflow erlaubt auch die Teilnahme von ausserhäusigen Klienten mittels HMD.
  • Es besteht ein pool von HMDs und zugehöriger Peripherie, welche entfernten Projektmitgliedern auf Antragsbasis leihweise zur Verfügung gestellt werden. Somit muss man sich nicht um das Hardware-Setup bemühen.
Die Kuppel an ihren Seilzügen
Ein Medienserver erlaubt die Arbeit mit Meeresbodenvideos
OpenGL capture bringt jedwede Anwendung in die Kuppel!
Übersichtliche Bedienung über eine Konsole
Node-basiertes Automatisierungssystem
VIOSO autoalignment system
Die ARENA ist ein Besprechungsraum für 4 Personen
Präsentation während der GDP 2019 (Foto: F.M. Arndt)

ARENA Labor für Visualisierung

Ansicht der Neuseeländischen Alpen auf der Südinsel

Dies war das Vorgängermodell des jetzigen ARENA2 Simulators.

Der portable, vollständig immersive Simulator wurde seit 2010 unter hauptsächlicher Förderung durch den Exzellenzcluster "Ozean der Zukunft" entwickelt. Die ARENA wurde als virtuelle Arbeitsumgebung entworfen, um einigen praktischen Herausforderungen der modernen Tiefseeforschung zu begegnen:

  1. Geologen werden auf den Gebrauch der eigenen Sinne in der Natur hin ausgebildet, sodass ihre Effizienz bei der Nutzung von robotischen Tiefseesonden und deren Videokamerasystemen deutlich herabgesetzt wird. Darüber hinaus ist die für Studien am Meeresgrund zur Verfügung stehende Zeit kurz, und somit ist ein virtuelles Geländemodell ohne Beschränkungen von Gesichtsfeld und Aufenthaltsdauer hoch attraktiv.
  2. Es ist für Tiefseegeologen schwierig, ihre Einsichten an Dritte (auch Kollegen) zu vermitteln wenn diese nicht mit an Bord waren und sich ähnlich intensiv mit den Bilddaten der Tauchroboter beschäftigt haben, oder wenn diese eine unzureichende Charakterisierung der Umgebung zulassen. Die ARENA ermöglicht es ganzen Forschergruppen gleichzeitig, in eine Simulation einzutauchen, sodass der wissenschaftliche Austausch vor Ort statt finden kann.
  3. GEOMAR deckt ein breites Spektrum meereswissenschaftlicher Disziplinen ab. Die ARENA setzt die unterschiedlichen Disziplinen in räumlichen und zeitlichen Kontext zueinander. Ein großer Vorteil liegt in dem stets herstellbaren globalen Zusammenhang, da alle Daten in ein globales Grundmodell der Erdoberfläche eingebunden werden.

Das ARENA Labor dient derzeit ausschließlich dem wissenschaftlichen Gebrauch und ist nicht regeläßig öffentlich zugänglich, wurde jedoch im Rahmen eines Public Outreach Programmes des Exzellenzcluster realisiert und nutzt Technologien die für Wissenschaftskommunikation entwickelt wurden. Es dient als Anlaufstelle für den wissenschaftlichen Austausch zwischen Forschern, um über ihre unterschiedlichen Datensätze zu diskutieren. Kürzlich wurde die ARENA für einige Wochen am National Oceanography Centre in Southampton aufgestellt, und wird in naher Zukunft an mehreren weiteren Standorten ausserhalb von GEOMAR zu sehen sein. Eine zweite Anlage mit 4.5m Durchmesser steht für die Nutzung in normalen Büroräumen zur Verfügung.

Technische Rahmendaten:

  • Kapazität: 4 Personen
  • Durchmesser: 6 m
  • Auflösung über die Kuppel: 1600 px
  • Stereoskopische Projektion: Nein
  • Visualisierungssoftware: Microsoft Reseach WorldWide Telescope
  • User interfaces: Space Navigator, Xbox Controller, Kinect, Tablet PC
  • Sound: 5.1 Surround sound system
  • Gewicht: ca. 1.5 t
  • Platzbedarf: 7.5 m x 7.5 m x 3.5 m

Videos

Die ARENA im GEOMAR TV Folge 5

Bilder

Wassermassenanalyse mittels Drifter und AUV (Daten: MBARI)
Der Blick in den Grand Canyon erlaubt geologische Korrelationen
Visualisierung der Erdbebenhypozentren vor Japan
Das Testbild offenbart die kugelförmige Geometrie der Leinwand
Das zylindrische Zelt der ARENA ist ein "Raum im Raum"
Erdbebenhypozentren entlang des Mittelatlantischen Rückens
Virtuelle Feldarbeit an photogrammetrischen Geländemodellen

Kontakt

Dr. Tom Kwasnitschka
Tel.: 0431/600-2136
Fax : 0431/600-2924
Email: tkwasnitschka(at)geomar.de

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
Standort Ostufer
Wischhofstr. 1-3
24148 Kiel