Das Matterhorn Perspektivische Ansicht auf die schneebedeckte Ostwand des Meter hohen Matterhorns. Höchstauflösende Erdbeobachtungsdaten in

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1 Das Matterhorn Perspektivische Ansicht auf die schneebedeckte Ostwand des Meter hohen Matterhorns. Höchstauflösende Erdbeobachtungsdaten in Verbindung mit moderner Computergrafik erlauben genaue, digitale Kopien spektakulärer Landschaften

2 Auf einen Blick Visualisierung geowissenschaftlicher Informationen am Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum Von Robert Meisner, Nils Sparwasser und Stefan Dech

3 Am 15. Juni 2007 startete der deutsche Radarsatellit TerraSAR-X. Seitdem liefert er Aufnahmen der Erde in einer Qualität, die auch die beteiligten Projektwissenschaftler staunen lässt. Mit seiner modernen Radartechnologie ist die Beobachtung der Erdoberfläche zu jeder Tageszeit und auch durch Wolken hindurch möglich. Die Radaraufnahmen ähneln nur auf den ersten Blick einfachen Schwarz-Weiß-Fotografien. Dem Experten liefern sie eine Fülle von Informationen zur Höhe, Oberflächenbeschaffenheit und Bewegung beobachteter Objekte. Die Daten von TerraSAR-X sind deshalb für zahlreiche Anwendungen wie Umweltbeobachtung, Frühwarnsysteme und Krisenmanagement nützlich. Für Laien ist die Funktionsweise der Radartechnologie jedoch relativ schwer verständlich. Um die Öffentlichkeit dennoch entsprechend über diese deutsche Hochtechnologie und ihren gesellschaftlichen Nutzen zu informieren, erstellt das GeoVisualisierungszentrum für das TerraSAR-X-Projekt missionsbegleitende Visualisierungen, die das Projekt für Politik, Entscheidungsträger und die breite Öffentlichkeit allgemeinverständlich erläutern. Bereits seit 1995 werden am Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum (DFD) wissenschaftliche Visualisierungen aus Geodaten realisiert. Basis für diese Arbeiten sind in erster Linie Aufnahmen der Erdoberfläche, die aus Flugzeugen und von Satelliten erhoben werden, sowie aus diesen Daten abgeleitete Informationen wie Parameter der Landoberfläche, der Atmosphäre und der Ozeane. Dabei garantiert eine enge Zusammenarbeit mit den Wissenschaftlern der jeweiligen Fachgebiete die korrekte Darstellung der Daten, während das Team des DFD für die Visualisierungs- und Darstellungstechnik sowie die optisch hochwertige Gestaltung verantwortlich zeichnet. Visualisierung macht das Verstehen leichter Das GeoVisualisierungZentrum (GeoVis) wurde im Juli 2006 im DFD gegründet, um der ständig steigenden Nachfrage nach einer attraktiven Darstellung wissenschaftlicher Inhalte und Ergebnisse nachzukommen. Es ist auf die Visualisierung geowissenschaftlicher Daten und von Projektergebnissen spezialisiert. Wegen des hohen Datenaufkommens und des Raumbezugs der Information profitiert die Fernerkundung ganz besonders von den Möglichkeiten der Visualisierung und der Computeranimation. In komplexen Datensätzen erfasste räumliche und zeitliche Zusammenhänge werden in Bildern vom Betrachter visuell sehr viel schneller erfasst und intuitiv verstanden. Durch den Einsatz moderner Computergrafik können Blick über den virtuellen Königssee und Berchtesgaden. Echtzeitdarstellungen virtueller Landschaften ermöglichen eine effektive, visuelle Analyse von Erdbeobachtungsdaten

4 TerraSAR-X in seiner Umlaufbahn in 514 Kilometer Höhe. Die missionsbegleitenden Animationen des GeoVisualisierungszentrums erläutern anschaulich Funktionsweise und Anwendungsfelder des Radarsatelliten diese Fähigkeiten des Menschen für die Vermittlung von Forschungsergebnissen genutzt werden. Während über Jahrhunderte hinweg zur Darstellung geografischer Zusammenhänge gedruckte Karten zum Einsatz kamen, ermöglichen die Entwicklungen der letzten Jahre die interaktive Exploration und Analyse multidimensionaler Daten im dreidimensionalen Raum. Das GeoVisualisierungszentrum erschließt und entwickelt diese Techniken für die Darstellung von Geodaten und Projektergebnissen. Es erstellt aufwändige Computervisualisierungen auf Basis der Arbeiten des Clusters Angewandte Fernerkundung und anderer Forschungseinrichtungen und -institute. So gewährleistet es die Kommunikation wertvoller Forschungsergebnisse gegenüber den politischen Entscheidungsträgern, den Anwendern und der Bevölkerung. Das Portfolio des GeoVisualisierungszentrums reicht von der Erstellung von Animationen und wissenschaftlichen Illustrationen für Wissenschaftler über Projekt- und Missionsdokumentationen bis hin zu Materialien für die Medien und für Ausbildungszwecke. Die Arbeit umfasst hierbei den gesamten Produktionsprozess von der Verarbeitung und Aufbereitung der geowissenschaftlichen Rohdaten über die Konzeption und Realisierung der Animation bis hin zum Videoschnitt, über die digitale Nachbearbeitung (Post-Production) bis hin zur Lieferung des Materials als sendefähiges, digitales Videoband, menügeführte DVD oder ein beliebiges digitales Format. Visualisierung für Wissenschaftler Beispiele für hochwertiges, sendefähiges Material, das die Missionen und Forschungsarbeiten verständlich erklärt, sind die Animationen für die TerraSAR-X- Mission, realistische Landschaftsmodelle des Galileo Test Environment GATE oder die Darstellung der Ergebnisse des deutsch-chinesischen Verbundprojektes zur Erforschung von Kohlebränden in China. Darüber hinaus untersucht das GeoVisualisierungszentrum Möglichkeiten und Techniken zur interaktiven Datenanalyse. Große, vielschichtige Datensätze wie zum Beispiel aus Satellitendaten abgeleitete Zeitserien lassen sich als Animation leichter verstehen, als dies anhand von Einzelbildern möglich wäre. Auch die Kombination ver- Zeitreihenanimation Meerestemperaturen IGNITION

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6 Hawaii-Inseln mit dem höchsten Berg der Erde Diese computergenerierte Darstellung zeigt die Vulkankette der Hawaii-Inseln inmitten des pazifischen Ozeans. Im Vordergrund die größte und südlichste der Inseln, Hawaii Seinen submarinen Sockel mitgerechnet, erreicht der Mauna Kea eine Höhe von etwa Metern und ist damit der höchste Berg der Erde. Der Mauna Kea ist Teil einer Vulkankette, die sich über Kilometer bis zum russischen Festland erstreckt IGNITION

7 schiedener Informationsebenen im dreidimensionalen Raum zu einer einzigen Darstellung kann helfen, räumliche und zeitliche Zusammenhänge zwischen Messwerten sichtbar zu machen. Ein weiterer Aspekt der Forschungsarbeiten des GeoVisualisierungszentrums ist die automatische und schnelle Erstellung detaillierter und realitätsnaher digitaler Landschaftsmodelle. Diese Modelle sollen zukünftig insbesondere in Fahrsimulatoren für Straßen- und Schienenfahrzeuge zum Einsatz kommen. Visualisierung für die Medien Die Zahl der Wissenschaftsformate im deutschen Fernsehen ist in den letzten Jahren stetig gestiegen. Entsprechend hoch ist der Bedarf der Medien an Material zu wissenschaftlichen Themen. Das GeoVisualisierungszentrum beliefert die Medien mit sendefähigem Material und fördert so die Vermittlung wissenschaftlicher Erkenntnisse sowie die Sichtbarkeit der Erdbeobachtungstechnologien. Für die Printmedien ist das GeoVisualisierungszentrum Ansprechpartner erster Wahl, wenn Satellitenbilder zu aktuellen Themen benötigt werden. Ergebnis dieser engen Zusammenarbeit mit den Medien sind unter anderem die im Rahmen einer Verlagskooperation entstandenen Bildbände Kunstwerk Erde und Berge aus dem All sowie die Produktion von Animationen für die ARD-Berichterstattung zur Fußball-Weltmeisterschaft Visualisierung für Ausbildung und Zukunft Das GeoVisualisierungszentrum engagiert sich im Sinne des Public Understanding of Science für verständliche Wissenschaft und stellt Bildungsinstitutionen Satellitenbilder und wissenschaftliche Animationen zur Verfügung. Darüber hinaus ist es an der Konzeption und Realisierung von Ausstellungen zu verschiedenen Aspekten der Erdbeobachtung beteiligt. Mexiko City ohne Smog Mexiko am Fuße der Vulkane Popocatepetl und Ixtaccihuatl. Die kristallklare Sicht auf die Megacity wird erst mit den Mitteln der Geovisualisierung möglich IGNITION

8 In Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Partnern entwickelt das GeoVisualisierungszentrum Techniken zur schnellen Visualisierung von Geodaten. In Echtzeit navigierbare virtuelle Landschaften können helfen, Kriseneinsätze vorzubereiten und zu koordinieren, die Verkehrs- und Landschaftspläne zu erstellen sowie einen virtuellen Tourismus zu etablieren. Auch im Bereich der wissenschaftlichen Animation adaptiert und nutzt das GeoVisualisierungszentrum neueste Techniken. Bereits seit zwei Jahren produziert es ausschließlich in der zukünftigen Fernsehnorm High-Definition Television (HDTV), was insbesondere für die wissenschaftliche Visualisierung eine wesentlich höhere Darstellungsqualität ermöglicht. Darüber hinaus werden viele Animationen zusätzlich für Stereoprojektionssysteme realisiert. Das vermittelt dem Betrachter einen noch besseren Eindruck von räumlichen Daten. Zukünftig wird sich das GeoVisualisierungszentrum auch mit neuesten Techniken der 360-Grad-Projektion von Daten und Videos beschäftigen. Autoren: Nils Sparwasser beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Visualisierung geowissenschaftlicher Inhalte von Satellitendaten und leitet das GeoVisualisierungszentrum. Dr. Robert Meisner leitet im DFD die Organisationseinheit Marketing & Medien, in der das GeoVisualisierungsZentrum angesiedelt ist. Prof. Dr. Stefan Dech ist der Direktor des Deutschen Fernerkundungsdatenzentrums und Inhaber des Lehrstuhls für Fernerkundung an der Universität Würzburg. IGNITION