In einer Welt voller Daten gilt es, immer neu mit diesen umzugehen und sie zu nutzen. Im Projekt Liquid Dance machen wir Daten sichtbar und eröffnen damit neue Potenziale. Es geht uns insbesondere darum, Komplexität zu reduzieren und Verständnis zu erleichtern.

Screenshot von „Liquid Dance“ aus der Unity-Engine

Tanzen Sie gerne? Tanzen ist wohl eine der Fähigkeiten, die jeder Mensch grundsätzlich hat. Die Expertise und die Freude daran unterscheiden sich natürlich sehr. Oft hört man Leute sagen: „Ach nein, ich kann nicht tanzen“. In den meisten Fällen stimmt das wohl nicht, aber darum soll es hier gar nicht gehen. Wir können uns alle in dreidimensionalen Räumen bewegen und zurechtfinden, schließlich ist unsere Lebenswelt genau so aufgebaut. Dieser natürliche Umgang mit räumlichen Umgebungen war gewissermaßen Ausgangspunkt unseres Projektes Liquid Dance.

Unser Ziel ist es, große Datenmengen räumlich zu veranschaulichen und verständlich zu machen. Wir wollen etwas sichtbar machen, das sonst nicht sichtbar ist. Choreograf Steven Butler meint, dass Tanz nichts anderes tue, als Musik sichtbar zu machen und in genau diesem Denken wollen wir Daten sichtbar machen, aber eben nicht in Tabellenform. Für dieses Sichtbarmachen nutzen wir eine virtuelle Umgebung, genau genommen Virtual-Reality-Technologie (VR), um den Daten Raum zu geben. Diesen brauchen sie, um eine neue Gestalt zu entfalten, genau wie man zum Tanzen Platz braucht. Sie können das eventuell nachvollziehen, falls Sie schon einmal in einem sehr vollen Club waren und eigentlich gerne getanzt hätten, aber schlicht kein Raum war, sich zu bewegen. Der virtuelle Raum ist glücklicherweise unendlich groß, sodass uns dieses Problem nicht widerfahren kann.

Langzeitaufnahme der Bewegungen eines Tänzers

Daten darstellen

Um an dieser Stelle kurz zusammenzufassen: Unser Projekt Liquid Dance will eine neue Darstellungsform für große Datenmengen bzw. Big Data Probleme entwickeln, welche diese audiovisuell in einer virtuellen Realität darstellt. Wir glauben, dass es an der Zeit ist, einen neuen Umgang mit Daten zu ermöglichen. Warum? Weil die Menge an Daten, die die Menschheit produziert, kontinuierlich steigt und immer unübersichtlicher wird. Zugleich sind Daten aber auch von immer größerer Bedeutung bei der Lösung gegenwärtiger Probleme. Wie man sich auch beim Tanzen immer wieder auf das Neuartige einlassen muss, so bieten wir eben einen neuen Ansatz der Datenanalyse.

Wir schaffen innerhalb der virtuellen Realität Möglichkeiten zur Interaktion mit Daten in einer immersiven Umgebung. Damit wollen wir mehr als einen abstrakten, gedanklichen Umgang möglich machen. Im Sinne des „physical thinking“, wie der Tänzer und Choreograf Wayne McGregor das Tanzen beschreibt, soll der ganze Körper, der ganze Mensch am geistigen Prozess beteiligt sein.

Liquid Dance verfolgt also einen interaktiven, immersiven Ansatz, der die Komplexität großer Datensätze neu erfahrbar machen möchte. Im ersten Moment mag die VR-Umgebung sehr spielerisch wirken und zu teilen ist das auch der Fall. Allerdings ist es den Nutzer:innen jederzeit möglich, einzelne Bereiche der Datenwolke genauer unter die Lupe zu nehmen, um die ursprünglichen Werte hinter der Darstellung zu sehen. Unser Projekt ist also nicht nur eine neue Art der Darstellung, sondern bietet die Chance, neue Erkenntnisse zu gewinnen.

Ein Vulkanausbruch und eine Menge Daten

Unser Modell simuliert die Aschewolke eines Vulkans und arbeitet dabei mit Daten, die beim Ausbruch des Vulkans Raikoke im Pazifik von Forschern des Karlsruher Institut für Technologie gesammelt wurden. Dr. Bernhard Vogel und sein Team haben vor einigen Jahren ein Vorhersagemodell für Vulkanaschewolken entwickelt. Dieses kam auch beim Ausbruch des Raikoke zum Einsatz.

Aschewolke des Raikoke-Vulkans. Foto: Joshua Stevens/ NASA Earth Observatory/ AFP

Bei einer jeden solchen Messung der Wolken entstehen riesige Datenmengen, so wie das tagtäglich überall auf der Welt in allen Lebensbereichen der Fall ist. Wir sind kaum in der Lage, Schritt zu halten. In der Wissenschaft verdoppelten sich die vorhandenen Daten alle 18 Monate, so der Molekularbiologe und Bioinformatiker Jan Korbel im Deutschlandfunk. Gleichermaßen sind Daten heute wichtiger denn je für die Forschung.

Wir Menschen tun uns schwer im Umgang mit diesen riesenhaften, abstrakten Gebilden. Immer häufiger kommen KI und Algorithmen zum Einsatz, die darauf trainiert sind, innerhalb dieser Datencluster nach Mustern zu suchen. Professor Jeff Leek von der Johns-Hopkins-Universität gibt allerdings zu bedenken, dass Menschen trotzdem immer Einfluss auf die Auswertung der Daten haben, mit denen sie arbeiten. Und dass diese Einflüsse bei Weitem nicht immer gut rational begründbar sind. Zudem ist Professor Günter Gauglitz von der Uni Tübingen der Meinung, dass der Mensch in manchen Belangen den Computern immer noch etwas voraushat.

Warum also nicht nach einem Weg suchen, der dem Menschen wieder mehr Handlungsspielraum im Umgang mit Daten gibt? Und genau an dieser Stelle will Liquid Dance eben ansetzen.

BigData in Virtual Reality

Wir nutzen zur Erstellung der virtuellen Realität die Unity-Game-Engine, die auch in der Spieleentwicklung zum Einsatz kommt. Allerdings sind die Datenmengen, die verarbeitet werden müssen, weit zu groß, um sie live und lokal berechnen zu lassen. Daher werden große Teile der Daten per Cloud Computing im Vorhinein berechnet, sodass wir sie nutzen können. Wir nutzen dafür AWS, den Cloud Computing-Dienst von Amazon als „Platform as a Service“, also Programmierumgebung und Rechenleistung in einem.

Schematische Darstellung der Zusammenarbeit zwischen Unity-Engine und AWS-Cloud-Computing

Die Cloud verarbeitet jene großen Datenmengen und korrespondiert auch live mit der Game-Engine bei konkreten Anfragen der Nutzer:innen. Wenn ein Ausschnitt der Aschewolke genauer untersucht wird, werden die Daten in Echtzeit von der Cloud berechnet und innerhalb der VR-Umgebung bereitgestellt. Unser Modell simuliert Windkräfte, die auf die Aschepartikel wirken und stellt die Stoffzusammensetzung innerhalb der Wolke über die Eigenbewegung der einzelnen Partikel dar. Der ursprüngliche Datensatz enthält noch mehr unterschiedliche Kategorien. Aufgrund begrenzter Ressourcen war es uns aber nicht möglich, diese alle ins Modell aufzunehmen.

Warum VR?

Virtual reality und alles, was dazu gehört, erlebt einen anhaltenden Trend und wird in den kommenden Jahren wohl immer mehr Einzug ins alltägliche Leben halten. Weithin bekannt ist die Technologie schon heute: 2019 sagten 90 % der Befragten schon einmal von VR gehört zu haben. Auch die wirtschaftlichen Prognosen deuten eine positive Entwicklung an. Das sind aber nur am Rande Gründe für uns, unser Projekt mittels VR-Technologie umzusetzen und nicht nur in 2D.

Virtual Reality bietet durch seinen immersiven Charakter ganz neue Chancen. Auch gesellschaftliche Akteure wie die Gewerkschaft für Erziehung und Wissenschaft (GEW) oder die Bundeszentrale für politische Bildung (bpb) sehen diese Chancen. Sie machen schon heute Vorschläge, wie man VR zu Bildungszwecken nutzen kann. Es ist zum Beispiel von Ausflügen durch die Geschichte oder eine Reise ins Innere des Menschen die Rede. Wir möchten uns insbesondere die Option, mit der virtuellen Umgebung zu interagieren und die schier unendlichen Blickwinkel zunutze machen.

Daten sichtbar machen – in Raum und Zeit

Wieso sind wir so überzeugt davon, dass eine räumliche Darstellung förderlich für den Umgang mit großen Datenmengen ist? Im Prinzip, weil wir glauben, dass es unserem menschlichen Gehirn liegt, visuell und dreidimensional zu arbeiten.

Parsons und Sedig halten in einem Artikel fest, dass Visualisierungen eben zahlreiche Vorteile für kognitive Aktivitäten haben, zum Beispiel bei Problemlösung, dem Verstehen und auch analytischem Argumentieren. Aysolmaz und Reijers finden in ihrer Forschung Hinweise darauf, dass Animationen die wahrgenommene Komplexität einer Aufgabe verringern können. Daher sind wir der Meinung, dass die visuelle und eben insbesondere die dynamische Darstellung komplexer Big Data Probleme zielführend sein kann. Es geht darum, Probleme grafisch darzustellen, zu vereinfachen und verständlich zu machen.

Im Jahr 2015 ging der Nobelpreis für Medizin an die Forscher John O’Keefe und das Ehepaar May-Britt und Edvard Moser. Sie entdeckten Ortszellen bzw. Gitterzellen in unserem Gehirn, die für das Speichern räumlicher Information zuständig sind. Des Weiteren konnten bei Ratten Zeitzellen gefunden werden, die Ereignisse in ihrer Abfolge markieren. Professor Thier von der Universität Tübingen erkennt darin „Zeit und Raum als Konstrukte des Gedächtnisses, die Bezüge zwischen Fakten und Ereignissen ermöglichen.“ Die Forschung von Christian Doeller, der am Leipziger Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften arbeitet, legt nahe, dass unser Gehirn auch ganz andere Informationen mithilfe jener Navigationszellen einordnet. So würden zum Beispiel berufliche Hierarchien auch mittels geometrischer Prinzipien geordnet. Der Umgang mit allem Räumlichen scheint also tief in unserem Gehirn verankert zu sein.

All jene wissenschaftlichen Beobachtungen und Befunde bestärken uns darin, einen räumlichen, grafischen Zugang zu Daten zu suchen und damit einen intuitiven Umgang mit der Komplexität zu ermöglichen, die in ihnen steckt. Um dieses Ziel zu erreichen, stellen wir sie innerhalb des virtuellen Raumes, der Virtual Reality, dar.

Immersion erzeugt Motivation

Die Umsetzung innerhalb von VR ermöglicht außerdem Immersion. Lernen in einer immersiven Umgebung lädt zum Entdecken ein und macht neugierig. In der Immersion besteht auch die Chance, Nutzer:innen zur Auseinandersetzung mit dem Komplexen oder Unbekannten zu motivieren. Aus der Hemmschwelle, die die Datentabellen einst waren, ist nun eine spannende, einladende Umgebung geworden. Darin darf sich jede/r ausprobieren, unabhängig vom eigenen Wissensstand. Unser Projekt folgt hier konstruktivistischen Ideen, beispielsweise, dass Wissen im Handeln entsteht und interaktiv konstruiert wird. Liquid Dance bietet genau dafür den Raum, zum handeln, interagieren und erkennen.

Interagieren und Ausprobieren

Wir möchten mit Liquid Dance einen neuen Zugang zu Raum und Wahrnehmung schaffen, neue Blickwinkel ermöglichen, genau genommen alle Blickwinkel. Wir schaffen eine „hands-on“-Erfahrung. Denn: Interaktion ist lernfördernd, befinden Robertson et al. schon 1994 in einer Arbeit zur Reduzierung von Komplexität bei geografischen Kartierungen mit Farben. Auch David Kirsh schreibt in einer Arbeit zum Denken, dass es mittels Interaktion leichter sei, Denkprozesse effizient und effektiv zu gestalten. Er ist zudem Verfechter der externen Repräsentation, also der Darstellung der Gedanken bzw. des Problems außerhalb des eigenen Gehirns. Durch die Interaktion mit dem externen Objekt erhalte der Nutzer Feedback und könne sich so auf das vorliegende Problem fokussieren, anstatt von der Komplexität der Daten und Umsetzung abgelenkt zu werden.

Ein VR-Set in der Anwendung

Die Komplexität der Daten lässt auch Liquid Dance im Hintergrund verschwinden. Die Nutzer:innen können sich auf den Raum, in dem sie sich befinden, konzentrieren. Darin können sie sich auf die Suche nach emergenten Phänomenen machen, die aus der Komplexität der Daten entstehen. Vielleicht liegt direkt vor dem eigenen Auge eine Verwirbelung der Aschewolke, die sonst nirgends auftritt. Auffälligkeiten in Daten sind nämlich häufig der Einstieg für eine wissenschaftliche Auseinandersetzung mit eben jenen. Zu diesem Schluss kommen Koesten et al. in einer Studie, welche untersucht hat, wie unterschiedliche Wissenschaftler:innen mit Datensätzen umgehen. „Strange things“ werden dort als Einstiegspunkt gesehen, nicht als Hindernis.

BigData neu erleben – Denkräume erschaffen

Es wird ein explorativer Umgang mit Big Data entstehen, bei dem es dank VR-Technologie möglich ist, die Daten wortwörtlich zu begreifen. Mit den Controllern kann ein/e Nutzer/in in die Asche- bzw. Datenwolken hineingreifen und dabei die dahinter liegenden Daten herausziehen. Die Daten erscheinen dann als kleiner Tabellenausschnitt vor dem virtuelle Auge, in Echtzeit. Dieser Ansatz basiert auf erforschendem Lernen, welches nach Dalgarno der vielversprechendere Ansatz im Vergleich zu rein beobachtendem Lernen ist.

Der Astronom Heino Falcke sieht hier Chancen, dass der Mensch „mit seiner kreativen Art und seiner Neugier eben Dinge entdecken kann, die nicht geplant waren“. Professor Jeff Leek gibt außerdem zu bedenken, dass verschiedene Personen ein und denselben Datensatz unterschiedlich analysieren. Üblicherweise geschieht so etwas aber aufgrund des Zeitaufwandes gar nicht erst. Mit Liquid Dance und der grafischen Darstellung ist es jedoch viel schneller möglich, einen Überblick über die Daten zu bekommen. So ist es künftig leichter, einen Datensatz von mehreren Expert:innen untersuchen zu lassen.

Liquid Dance ermöglicht also einen ganzheitlichen Zugang zu Big Data, der es mittels Virtual Reality möglich macht, Daten im wahrsten Sinne des Wortes zu begreifen. Nutzer:innen können die Wolke aus jedem gewünschten Winkel und Abstand betrachten. Anstatt sich durch abertausende Tabellen blättern zu müssen, fliegen diese an einem vorüber. Der Prozess ist nun als Ganzes sichtbar und man kann ihn unter die Lupe nehmen. Auf ganz neue Weise.

Kalte Daten werden in einem lebendigen Raum wahrgenommen und womöglich ergibt sich aus der Komplexität des Ganzen ein bislang unbekanntes emergentes Phänomen. Um David Kirsh zu zitieren: „Models reveal unanticipated consequences.“

Wohin geht die Reise?

Liquid Dance ist die Erprobung einer Idee und ihrer technischen Umsetzung, die, wie oben bereits erwähnt, mit mehr Ressourcen und Zeit durchaus noch mehr leisten könnte. Trotzdem sind wir überzeugt, dass wir grundsätzlichen Nutzen unseres Ansatzes damit erproben können. Sollte sich dieser bestätigen, so stehen alle Türen offen, den Ansatz auf andere prozesshafte Big Data-Probleme zu übertragen. Die technologische Reife von VR, Cloud Computing und Game-Engines als nötige Technologien ist gegeben.

Wir sehen verschiedene potentielle Einsatzfelder für Anwendungen wie Liquid Dance. An dieser Stelle sollte auch erwähnt werden, dass es grundsätzlich denkbar wäre, die Anwendung in Richtung Augmented Reality weiterzuentwickeln. Dann wäre sie etwas niederschwelliger nutzbar.

Bildung, Wirtschaft, Wissenschaft

Gerade im Bereich Bildung wären AR-Anwendung reizvoll. In Museen könnten beispielsweise virtuelle Aschewolken auf einen physischen vorhandenen Modellvulkan gesetzt werden. Aber auch die reine VR-Version kann insbesondere im Bereich Naturwissenschaften Dinge veranschaulichen, nahbar und greifbar machen und auf diese Weise bei Schülern und Studenten Begeisterung wecken.

Im Bereich der Wirtschaft und Industrie besteht auch Potenzial für sowohl AR- als auch VR-Anwendungen. Mittels AR könnte man laufende Produktionsprozesse in Echtzeit simulieren und kontrollieren, insbesondere wenn es sich um Fließ- oder Strömungsprozesse handelt. Virtual Reality könnte eine Effizienzsteigerung bewirken, wenn unübersichtliche Daten eingeordnet oder überblickt werden müssen.

Die Wissenschaften selbst könnten insbesondere profitieren, sind Daten heutzutage doch Grundlage so vieler Forschungsprojekte. Liquid Dance und ähnliche Umsetzungen könnten den Wissenschaftler:innen selbst wieder mehr Chancen bieten, ihr Wissen und ihren Erfahrungsschatz direkt auf die Daten anzuwenden. Damit würden aktuelle Arbeitsweisen ergänzt und die KI-Zentrierung gemindert. Der Mensch wäre im Umgang mit Big Data wieder etwas selbstständiger. Dabei ist das Verfahren nicht auf bestimmte Fachrichtungen beschränkt. Auch die Sozialwissenschaften können beispielsweise mit Panel-Daten über Entwicklungen innerhalb der Bevölkerung eine Engine füttern und den virtuellen Raum füllen.

Liquid Dance will den Daten Raum geben, sich zu entfalten, sodass Menschen die versteckten Informationen aus ihrer emergenten Gestalt herauslesen können. Die Idee mag aktuell noch experimentell sein, doch durch die immer nur weiter wachsenden Datenmengen in unserer Welt wird ein neuer Umgang damit fast zwingend notwendig. Mit Liquid Dance bieten wir eine Möglichkeit, Big Data neu zu denken.

Liquid Dance ist Wissenschaftskommunikation

Alle Ziele, die das Projekt Liquid Dance verfolgt und umsetzt, sind auch Ziele der Wissenschaftskommunikation. Es geht immer darum, das Komplexe verständlich zu machen. Es geht darum, das Unübersichtliche darzustellen. Die Arbeitswelt von Wissenschaftler:innen ist hochgradig spezifisch und dabei ist es schwer, den Überblick zu behalten und sich auf das Wesentliche zu konzentrieren. Liquid Dance möchte mit seiner dynamischen, immersiven 3D Darstellung dabei helfen, die relevanten Punkte herauszusuchen.

Damit bietet es nicht nur für die Wissenschaften selbst, sondern eben auch für die Wissenschaftskommunikation eine große Chance, effektiver zu arbeiten. Komplexes wird verständlich und damit nahbar und interessant für alle. Liquid Dance zeigt, dass datengetriebene Wissenschaftskommunikation möglich ist. Diese Idee wird in einer Welt, die immer mehr Daten generiert, nur relevanter werden.

Über den Autor

Moritz Lang ist Praktikant bei Studio Fluffy und studiert Wissenschaft-Medien-Kommunikation am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Im Rahmen seines Praktikums recherchierte er Hintergründe für unsere Projekte, schrieb Artikel und war auch an konzeptionellen Prozessen beteiligt.

Quellen

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