LandscapeLab! - Ein spiele-basiertes Werkzeug für partizipatives Lernen und Forschen (VU, Digitale Visualisierungstechniken)

Ziele/Motive/Ausgangslage/Problemstellung

Aktuelle gesellschaftliche Entwicklungen erfordern zunehmend eine inter- und transdisziplinäre Betrachtung komplexer Themen- und Aufgabenstellungen. Studierende der Planungswissenschaften müssen daher in der Lage sein, sektorales Fachwissen zu kombinieren. Technisch-naturwissenschaftliche Methoden müssen mit sozialwissenschaftlichen Ansätzen verknüpft werden, um valide Planungsgrundlagen zu schaffen und Planungslaien in den Prozess zu integrieren. Die universitäre Lehre braucht daher neue Ansätze, die problemorientiert, fächerübergreifend und studierendenzentriert aufgebaut sind, um die Studierenden auf diese neuen Herausforderungen vorzubereiten. Das hier vorgestellte Konzept (LandscapeLab!) versucht diesen Themenkomplex als computer- und spiele-basierte Lernumgebung zu simulieren und ermöglicht so die Bearbeitung komplexer gesellschaftlicher Fragestellungen beginnend bei der Aufbereitung der Daten, der Strukturierung gesellschaftlicher Herausforderungen im Sinne des Computational Thinking, hin zur Simulation partizipativer Prozesse sowie der Visualisierung und Bewertung planerischer Interventionen in einer interdisziplinären Lernumgebung.

Kurzzusammenfassung des Projekts

Digitale Werkzeuge bestimmen zunehmend die Art und Weise, wie wir Informationen aufnehmen und verarbeiten und schaffen so neue “Möglichkeitsräume” für Kommunikation und Partizipation. In den Planungswissenschaften geht es dabei nicht nur um entsprechende Visualisierungen zur Kommunikation komplexer Planungsinhalte an Laien sondern um ein umfassendes Verständnis über die Dynamik sozialer Prozesse sowie Methoden zur Einbindung von Laien in kollaborative Prozesse zur Realisierung nachhaltiger Entwicklungen. Mit dem LandscapeLab! wollen wir einen technologiegestützten didaktischen Ansatz vorstellen, der diesen Möglichkeitsraum im Sinne eines konstruktivistischen und interdisziplinären aufgreift. Dabei handelt es sich nicht ausschließlich um ein Lernwerkzeug sondern um ein Werkzeug für kollaborative Zusammenarbeit und Austausch im Allgemeinen, womit auch ein unmittelbarer Bezug zur Forschung sowie zur Planungspraxis hergestellt werden. Das LandscapeLab! als offenes Planungslabor vereint dabei verschiedene Aspekte kollaborativen Lernens und ermöglicht ein technologie- und ICT-gestütztes Lernen und Arbeiten. Das zentrale Element ist eine interaktive Kartenanwendung für die Entwicklung von Planspielen und anderen Serious Games Anwendungen um partizipative Ansätze zu entwickeln. Schnittstellen zu Virtual Reality erlauben parallel die Bewertung von Landschaftsveränderungen und visuellen Einflüssen verschiedener Planungsvarianten.

Kurzzusammenfassung des Projekts in englischer Sprache

Digital tools increasingly determine the way we absorb and process information, creating new "room for possibility" for communication and participation. In the planning sciences, this is not only about appropriate visualisations for communicating complex planning content to lay people, but also about a comprehensive understanding of the dynamics of social processes as well as methods for involving lay people in collaborative processes for the realization of sustainable developments. With the LandscapeLab! a technological-supported didactic approach is presented, that takes up this space of possibility in a constructivist and interdisciplinary way. This is not only a learning tool but also a tool for collaborative work and exchange in general, which also establishes a direct link to research and planning practice. The LandscapeLab! as an open planning laboratory combines various aspects of collaborative learning and enables technological and ICT supported learning and collaboration. The central element is an interactive map function for the development of planning-games and other Serious Games applications to develop participatory approaches. Interfaces to Virtual Reality allow the parallel assessment of landscape changes and visual influences of different planning variations.

Nähere Beschreibung des Projekts

Wenn das Leben Claude Chabrol (aus dem Film Rien ne va plus, 1997) folgend, ein Spiel ist, dann sollte Planung es auch sein. Planung als komplexes Spiel, welches Annahmen für mögliche zukünftige Entwicklungsszenarien mit vielfältigen Ansichten, Meinungen und Bedenken von Stakeholdern der Gegenwart in Einklang bringen soll, erfordert, dass zukünftige Planer*innen über ein breites Methodenrepertoire verfügen und lernen, dieses inter- und transdisziplinär anzuwenden, um nachhaltige Entwicklungen zu fördern. Sozialwissenschaftliche Ansätze müssen mit naturwissenschaftlichen Grundlagen im Rahmen planerischer Auseinandersetzungen in der Lehre vereint werden und technische Werkzeuge wie geographische Informationssysteme oder dreidimensionale Visualisierungstechniken müssen beherrscht werden, um die inhaltlichen Grundlagen für Wissenstransfer und Bewertung zu schaffen.

Das LandscapeLab! versucht diese Elemente und Aspekte der planerischen Auseinandersetzung zu vereinen, indem es einen computergestützten partizipativen Baukasten bereitstellt, mithilfe dessen auf Basis von Geodaten räumlich-explizite Spiele entwickelt und getestet werden können. In einem interaktiven Lernumfeld sollen so komplexe Zusammenhänge partizipativer Aushandlungs- und Entscheidungsprozesse vermittelt und erprobt werden. Interaktive Karten sind dabei das Spielbrett, räumliche Analysen und interaktive Visualisierungen in Echtzeit helfen, die Spielaktionen zu bewerten, zu betrachten und zu reflektieren.

Um die interdisziplinäre Gruppenarbeit und den Diskurs in den Fokus zu stellen, nutzt das LandscapeLab! ein neues Konzept für die Mensch-Maschinen Interaktion. Statt mit Tastatur und Computermaus interagiert man mit Spielsteinen, die auf das Karten-Spielbrett gesetzt werden können. Die Spielhandlungen sind daher gruppendynamische und physisch-haptische Prozesse, die interaktionsfördernd statt hemmend sind und somit großes Potenzial für Lernerfahrungen besitzen. Die Spielsteine werden in Echtzeit mithilfe von Objekterkennungsmethoden in entsprechende Computer-Aktionen und -handlungen übersetzt. Der Computer unterstützt dabei die Entscheidungsfindung, eine den Lernfluss unterbrechende Interaktion durch Dateneingaben entfällt.

Der methodische Ablauf des LandscapeLab! kann in die drei Komponenten “Build”, “Play” und “View” unterteilt werden.

1. Build

Mit “Build” sind sämtliche technische Methoden und Ansätze zur Darstellung räumlicher Daten zusammengefasst. Eine Planungsregion wird definiert und mithilfe räumlicher Daten (GIS-Daten) beschrieben. Ein zentrales Paradigma ist dabei die Verwendung freier Daten (Open Government Daten). Studierende lernen zu recherchieren und müssen die Daten mit entsprechenden Methoden (z.B. GIS, Statistik etc.) aufbereiten. Auf dieser Ebene werden vorwiegend technische Kompetenzen geschärft sowie Konzepte des “Computational Thinking” vermittelt. Neben der Aufbereitung von Geodaten müssen für den jeweiligen Planungshintergrund sogenannte “Assets” mithilfe von 3D-Programmen entwickelt und modelliert werden (z.B. Windräder, verschiedene Variante von Freiflächen-Photovoltaik etc.).

2. Play

Die aufbereiteten Geodaten und Assets bilden letztlich jene Umgebung oder “Welt”, die mit einem Serious Games Ansatz “bespielt” werden kann. Eine interaktive GIS-Karte der Projektregion ist das Spielbrett, die Spielregeln werden ebenfalls mit GIS-Daten festgelegt und beinhalten etwa Ausschlusszonen für planerische Interventionen (z.B. Schutzgebiete) oder legen räumlich explizite Indikatoren fest, die für die Erreichung des Spielziels von Relevanz sind. Zufallsfaktoren zur Abbildung von Wahrscheinlichkeitsspannen verschiedener Entwicklungen (z.B. Klimawandel, Preisentwicklungen, ökologische Indikatoren etc.) repräsentieren die digitale Variante des Würfelglücks und integrieren damit mögliche Planungsunsicherheiten in das Spiel. Das Spielziel ist abhängig von Planungsgegenstand bzw. -vorhaben. Hinsichtlich erneuerbarer Energie kann es zum Beispiel ein definiertes Energieziel sein oder aber auch eine landschaftlich möglichst sensitive Platzierung der erneuerbaren Energieinfrastruktur. Auch wenn in der Planung vieles einen konkreten Raumbezug hat, ist dieses Konzept im Sinne kognitiver Räume beliebig erweiterbar und nicht zwingend an einen physischen Ort gebunden.

3. View!

Spielentscheidungen können unmittelbar betrachtet, bewertet, analysiert und reflektiert werden. Methodisch wird diese Komponente einerseits mit Virtual Reality-Brillen und interaktiven 3D-Visualisierungen umgesetzt, andererseits ermöglichen Virtual Reality GIS Werkzeuge GIS-Analysen, die in Echtzeit in der 3D-Umgebung durchgeführt werden können (Sichtbarkeitsanalysen, Distanzanalysen, Abfragen etc.). Das dafür zugrunde liegende 3D-Modell wird aus den zuvor beschrieben Geodaten aufgebaut und mit komplexen Ansätzen zur generischen Entwicklung von Vegetationsbeständen (plant.lab!) und Landschaftseinheiten möglichst realitätsnah ausgestaltet.

Didaktisches Konzept

Das LandscapeLab! baut auf dem Ansatz projektorientierten Lernens auf und stellt inter- und transdisziplinäre Paradigmen des Wissenstransfers in den Fokus. Durch das Reflektieren unterschiedlicher Sichtweisen soll das Lab im Sinne eines konstruktivistischen Ansatzes die Studierenden im Rahmen kollaborativer Lernerfahrungen anhand ihres eigenen Vorwissen und Interessen im Austausch mit anderen unterstützen und in diesem Konstruktionsprozesse individuelle Lernerfahrungen möglich machen. Besonders im Kontext des globalen Wandels ist der Erwerb von Fähigkeiten zur diskursiven Erarbeitung von nachhaltigen Konsensen von besonderer Bedeutung.

Die starke Anbindung an technologische Infrastrukturen ermöglicht darüber hinaus eine intensive Auseinandersetzung mit dem Konzept des Computational Thinking, einem Denkansatz, der durch die technologische Durchdringung aller Lebens- und Arbeitsbereiche enorm an Bedeutung gewinnt, aber in der klassische Lehre abseits der Computer- und Informationstechnologien bislang kaum Beachtung findet.

Technische Funktionsweise

Der interaktive Spieltisch nutzt ein neu entwickeltes Mensch-Maschine-Interface (MMI), um ohne störende Computerbedienung in Gruppen planen, diskutieren und arbeiten zu können. Im Zentrum steht dabei eine interaktive GIS-Karte, die hinsichtlich Ausschnitt und Maßstab interaktiv angepasst werden kann und auf der entsprechende Planungsobjekte als Spielsteine platziert werden können. Lage, Form und Farbe der Spielsteine werden von einer Kamera erfasst und im Zuge eines Objekterkennungsverfahrens mithilfe von OpenCV (einer freien Bibliothek für Machine Learning und Objekterkennung) ausgewertet und in entsprechende Computer-Aktionen übersetzt. Auf diese Art und Weise lassen sich, basierend auf räumlichen Daten, verschiedene Spielabläufe und Planungsprozesse in Gruppen realisieren.

Das LandscapeLab! ist darüber hinaus eine Real-Time 3D-Visualisierung, die Open Data in gängigen Formaten in Echtzeit importieren und mithilfe der freien Spiele-Engine Godot (https://godotengine.org/) rendern kann. Die Spielerposition und Objekte können über verschiedene Schnittstellen übergeben werden, die zum Beispiel vom interaktiven Spieltisch kommen. Der detaillierte Aufbau der 3D-Umgebung wurde von Studierenden im Rahmen einer Tagung (Godot Con 2021) vorgestellt und kann hier nachgesehen werden: www.youtube.com/watch

In unterschiedlichen Ansichten kann am Bildschirm die Landschaft beobachtet und verändert werden. Dabei kann jederzeit in die VR-Ansicht gewechselt werden, um direkt in die Landschaft einzutauchen.

Darüber hinaus wurden auch VR-GIS Funktionalitäten integriert. Damit sind nicht nur Visualisierungen, sondern auch Analysen und Interaktionen im 3D-VR-Tool möglich. Planerinnen und Planer können in der virtuellen Umgebung unterschiedliche Werkzeuge verwenden, um die Landschaft zu betrachten, zu analysieren oder zu verändern.

Das Open Source Prinzip

Universitäten haben eine große Verantwortung in der Kommunikation und Bereitstellung von Daten, um zuverlässige Bewertungs- und Entscheidungsgrundlagen zu schaffen. Aus diesem Grund folgt das LandscapeLab! dem Prinzip offener Daten (Open Data) und offener Software (Open Source). Einerseits stammen die Datengrundlagen aus offenen Quellen, andererseits werden ausschließlich Open Source Programme und Frameworks (z.B. QGIS, Godot, OpenCV) verwendet. Das LandscapeLab! selbst wurde daher konsequenterweise auch als Open Source Programm veröffentlicht und ist auf GitHub unter github.com/boku-ilen/landscapelab verfügbar. Damit wird einerseits die Möglichkeit geschaffen, die Weiterentwicklung auf eine breite Basis zu stellen und den Einsatz des Werkzeuges im Sinne der Third Mission der Universitäten in verschiedenen Lehr-/Lern- und Planungsumgebungen zu fördern.

Aus diesem Grund wurde auch darauf geachtet eine technologisch machbare anstatt eine kostspielige Highend-Lösung zu entwickeln. So wird für die Darstellung des Spielbretts eine einfache Beamer-Projektion verwendet, die Objekterkennung erfolgt über eine parallel montierte Webcam. Dieser technische Aufbau kann auf der Webseite landscapelab.boku.ac.at im Detail betrachtet werden.

Projekthintergrund

Ein interdisziplinäres Forschungsprojekt (ReTour: Soziale Akzeptanz zukünftiger Photovoltaik- und Windenergie-Szenarios in österreichischen Tourismusregionen, retour.aau.at) bildet den Hintergrund, im Rahmen dessen das LandscapeLab! entwickelt wurde. Basierend auf einem wissenschaftlichen Ansatz zur Integration von Laien in Planungsprozesse, wurde das LandscapeLab! an der Universität für Bodenkultur Wien, gemeinsam mit EntwicklerInnen der FH Technikum Wien umgesetzt. Im Vordergrund stand eine, interdisziplinäre Entwicklung, um eine möglichst breite Integration sozialwissenschaftlicher, naturwissenschaftlicher und technischer Aspekte sicherzustellen.

Das LandscapeLab! wurde bereits erfolgreich mit unterschiedlichen Gruppen von Stakeholdern und Entscheidungsträgern getestet. Zudem wurde das LandscapeLab! im Rahmen des Projekts auch an drei verschiedenen Schulen in Österreich getestet.

Durch den Einsatz in der Lehre und studentischen Projekten bzw. Abschlussarbeiten kann der Ansatz weiterentwickelt und erweitert werden.

Nutzen und Mehrwert

Der zentrale Mehrwert des LandscapeLab! liegt im interdisziplinären und fächerübergreifenden Zugang, dem studierenden-zentrierten Ansatz sowie die starke Verbindung zu aktuellen Forschungsthemen. Studierende bringen ihr Wissen ein, stellen es in einem interaktiven Austausch zur Debatte und initiieren so individuelle Lernerfahrungen jeweils abhängig vom eigenen Hintergrund. Die Studierenden erlernen dabei nicht nur sektorale Fähigkeiten und Techniken, sondern können in einer Laborumgebung die komplexe Querschnittsmaterie kollaborativer Planungsprozesse erfahren und testen. Weiters ergeben sich viele Schnittstellen für fächerübergreifende Anwendungen wie die Kombination geographischer Informationssysteme mit Visualisierungstechniken oder Kooperationen mit anderen Projekt-Lehrveranstaltungen im Bereich Landschaftsplanung, Landschaftsarchitektur oder Raumplanung.

Nachhaltigkeit

Grundsätzlich lässt sich das LandscapeLab! in vielen Lehrveranstaltungen, die sich mit der Gestaltung und Vermittlung planerischer Entwürfe sowie der Organisation partizipativer Prozesse beschäftigen, anwenden. Da es auch eine starke Verankerung als Forschungsmethode gibt, wird das LandscapeLab! aktuell auch laufend weiterentwickelt. Durch die Bereitstellung des Programms unter einer Open Source Lizenz auf der Plattform Github (https://github.com/boku-ilen/landscapelab) steht es auf einem sehr guten Fundament für die Weiterentwicklung (auch durch Dritte). Im Zuge dieser Öffnung arbeiten bereits projekt-externe Personen an der Entwicklung einzelner Komponenten mit und bringen neue Ideen und Möglichkeiten in das LandscapeLab! ein. Das gesamte Konzept folgt somit auch einem Do-it-yourself (DIY) Ansatz. Je nach Wissen und Vorerfahrung können die verschiedenen Komponenten kombiniert und auch zweckentfremdet für ganz neue Anwendungen genutzt werden. Damit sind beispielsweise auch Anwendungen im Bereich Kunst und/oder Computergrafik möglich.

Das LandscapeLab! kann je nach Anwendung als Event (z.B. Workshops) oder semesterbegleitend als fixe Infrastruktur im Hörsaal eingesetzt werden.

Aufwand

Es braucht eine technische Basisinfrastruktur, bestehend aus einem Gaming-fähige PC, einen Beamer sowie einer Webcam. Dazu sind ggf. technischer Lösungen für den Spieltisch oder die Aufhängung von Beamer und Webcam nötig. Aufgrund der Preisspannen dieser Geräte kann ein genauer Preis genannt werden. Es wurde bei der Entwicklung aber darauf geachtet, dass “normale” Infrastruktur ausreichend ist.