Verfasser. Masterarbeit in Raum- und Infrastruktursysteme. David Waltisberg. Institut für Raum- und Landschaftsentwicklung (IRL)

Transkript

1 Verfasser David Waltisberg Betreuung Dr. Ulrike Wissen Hayek Masterarbeit in Raum- und Infrastruktursysteme Institut für Raum- und Landschaftsentwicklung (IRL) Professur für Planung von Landschaft und Urbanen Systemen (PLUS) Eidgenössisch Technische Hochschule Zürich Leitung Prof.Dr. Adrienne Grêt-Regamey

2 Autor David Waltisberg

3 Virtual Reality für die Raum- und Infrastrukturplanung Die vorliegende Masterarbeit wurde im Herbstsemester 2015 am Institut für Raum- und Landschaftsentwicklung IRL an der ETH Zürich im Fachbereich für Planung von Landschaft und Urbanen Systemen (PLUS) erarbeitet und eingereicht. Anlass waren die Weiterführung der Arbeiten von Madeleine Manyoky und Ulrike Wissen Hayek zum Thema visuell-akustische Simulationen von Windparks (VisAsim). Zusätzlich erschien im Jahr 2015 das zweite Development Kit des Head Mounted Display Oculus Rift und das Thema Virtual Reality wurde bekannter. Erste Forschungsergebnisse zeigten, dass in Zukunft Virtual Reality eine höhere Bedeutung zugemessen werden kann und in unserem Leben nicht mehr wegzudenken sein wird. Zusätzlich stellen sich in der Raum- und Infrastrukturentwicklung vermehrt Fragen zur Gestaltung von partizipativen Prozessen oder den Auswirkungen der Energiestrategie 2050 auf die Schweiz. Die Kombination von zukünftigen Aufgaben in Planungsfelder und der technischen Fortschritte im Bereich Virtual Reality war für mich Motivation genug, um mich mit diesen Themen und den daraus resultierenden Möglichkeiten zu beschäftigen. Während meiner 16-wöchigen Arbeit konnte ich auf Unterstützung zahlreicher Personen zählen. Ich möchte mich deshalb bei allen Personen, die mir mit Anregungen, Ratschlägen und ihrem Know-how, sowie Materialien, Unterlagen und Daten zur Hilfe gestanden sind, ganz herzlich bedanken. Insbesondere bedanken möchte ich mich an dieser Stelle bei folgenden Personen: Prof. Dr. Adrienne Grêt-Regamey für die Zurverfügungstellung des Arbeitsplatzes und das Ermöglichen dieser Arbeit am Fachbereich PLUS. Dr. Ulrike Wissen Hayek für ihre umfassende Betreuung der Masterarbeit, ihre grosse Unterstützung während des ganzen Prozesses, ihre Hilfestellungen und Tipps und die viele Zeit, welche sie dafür investiert hat. Dem Team von PLUS, welches durch wertvolle Inputs bei der Zwischenpräsentation und während der Masterarbeit zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat. Allen Probandinnen und Probanden, welche sich freiwillig zur Verfügung gestellt haben um mich bei diesem Projekt zu unterstützen. Lisa Mühlebach und Gianluca D Agati für die Korrekturleistungen. Meiner Familie und Freunden für die Unterstützung über die vier Monate. VORWORT i

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5 Die Planung neuer Windparks und die daraus folgenden Prozesse erfordern heute neue Methoden und Ideen. Am Institut für Raum- und Landschaftsentwicklung der ETH Zürich wurde dazu in der Forschungsgruppe PLUS das Projekt VisAsim ins Leben gerufen. VisAsim ermöglicht eine visuell-akustische Wahrnehmung einer Windparklandschaft in Form aufbereiteter Videosequenzen. Gleichzeitig hat das Thema Virtual Reality (VR) im letzten Jahr an Bedeutung genommen und wurde durch neue Technologien und Entwicklungen einem breiteren Publikum zugänglich. Ein Medium zur Darstellung von VR ist die hier verwendete Oculus Rift Brille, welche ein immersives Erlebnis ermöglichen soll. Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Ideen aus dem VisAsim Projekt und den neuen Möglichkeiten die VR bietet verknüpft. Dies um der Frage nachzugehen, wie gut sich VR als Medium zur Darstellung von Windparklandschaften eignet. Dazu wurden drei Forschungsaufgaben definiert: (1) Was gilt es zu beachten beim Einsatz von VR in der Planung. Das Ergebnis dazu sind ausgearbeitete Aspekte zu den Themen VR in der Planung, Immersion, visueller Realitätsgrad, Navigation und Orientierung. (2) Aufbau und Umsetzung einer VR Simulation für die Oculus Rift mithilfe der CryEngine. Dazu wurde ein Workflow und ein technischer Bericht erstellt, welche die Herausforderungen aufzeigen und die Umsetzung erläutern. (3) Die Anwendung der VR Simulation in der Praxis. Zu diesem Zweck wurde an Probanden die Wahrnehmung der Windparklandschaft getestet. Der Fokus lag dabei auf die Frage nach der Praktikabilität der Oculus Rift, der Funktionsweise der Immersion und auf weitere Effekte die sich in einer VR Simulation zeigen. Die Resultate zeigen, dass VR in der Planung eingesetzt werden kann und eine sinnvolle Ergänzung bietet, allerdings bewusst und vorsichtig eingesetzt werden muss. Dabei spielen die unterschiedlichen Immersionsaspekte und deren Zusammenwirken und Umsetzung eine entscheidende Rolle, damit die Wahrnehmung der Windparklandschaft funktioniert. Die Aufbereitung einer VR Simulation mithilfe der CryEngine ist ein möglicher Weg und ein Export zur Oculus Rift ist damit möglich. Die Stärken der CryEngine liegen in der Vegetationsdarstellung, der Interoperabilität und der möglichen Schnittstelle zur Oculus Rift. Allerdings sind innerhalb der CryEngine die VR Parameter noch nicht ausgereift. Durch die Anwendung von VR hat sich bestätigt, dass durch die Oculus Rift ein «eintauchen» in die Windparklandschaft möglich ist. Dazu tragen unter anderem das dynamische Blickfeld der Oculus Rift, die freie Navigation in der Landschaft und die Windturbinengeräusche bei. Immersionshemmend wirken zum Beispiel fehlenden Umgebungsgeräusche, die teils schwache Hardware und das Problem der Blickfeldsteuerung. Im Vergleich zu dem Projekt VisAsim wird die dargestellte Landschaft ähnlich wahrgenommen, wobei die gleich Aufbereitete Landschaft in VisAsim als realitätsnäher empfunden wird. In Zukunft wird VR noch grössere Entwicklungsschritte durchmachen, wobei von nutzerfreundlicheren Anwendungen, mobileren Applikationen und besser Hardwarequalität ausgegangen werden kann. Für das PLUS empfiehlt sich eine Implementierung der Umgebungsgeräusche oder Vergleiche zwischen VisAsim und VR Simulationen zu erforschen. ZUSAMMENFASSUNG iii

6 ABB. 1 - OCULUS RIFT MIT POSTION TRACKER (OCULUS VR) ABB. 2 WORKFLOW (EIGENE DARSTELLUNG) ABB. 3 FLOWGRAPH FÜR WINDTURBINENANIMATION ABB. 4 - ERSTELLEN DES FLOWGRAPHS AN EINER ENTITY ABB. 5 - EINZELNE GRASFLECKEN IM GEGENLICHT ABB. 6 - AKTIVIEREN DES LAYERPAINTERS ABB. 7 - VERBESSERTES GRAS IM GEGENLICHT ABB. 8 - TIME OF DAY FENSTER ABB. 9 - SCHALLAUSBREITUNG VON WINDTURBINENGERÄUSCHEN ABB AUDIO CONTROL EDITOR ABB MAIN FLOWGRAPH ABB BEFEHLE IN DER AUTOEXEC.CFG DATEI ABB XBOX360-CONTROLLER (EVILCONTROLLERS) ABB DEAKTIVIEREN DER FOOTSTEPS IN DER PLAYER.LUA DATEI ABB DARSTELLUNG DER OCULUS RIFT LINSEN AUF DEM PC BILDSCHIRM ABB FRAGEN FÜR DEN VERGLEICH MIT DER VISASIM LANDSCHAFT ABB RESULTATE «GEFALLEN DER LANDSCHAFT» VISASIM ABB RESULTATE «GEFALLEN DER LANDSCHAFT» VR SIMULATION ABB RESULTATE «REALITÄTSGRAD DER LANDSCHAFT» VISASIM ABB RESULTATE «REALITÄTSGRAD DER LANDSCHAFT» VR SIMULATION iv ABBILDUNGSVERZEICHNIS

7 VORWORT... I ZUSAMMENFASSUNG... III ABBILDUNGSVERZEICHNIS... IV INHALTSVERZEICHNIS... V 1. HINTERGRUND UND ZIEL METHODIK LITERATURRECHERCHE VISUALISIERUNGSTECHNIK UND VERWENDETE SOFTWARE ANWENDUNG DER VR SIMULATION RESULTATE ASPEKTE VON VIRTUAL REALITY UMSETZUNG EINER VR VISUALISIERUNG MIT DER CRYENGINE ANWENDUNG DER VR SIMULATION DISKUSSION DER RESULTATE ASPEKTE AUS DER LITERATUR VR VISUALISIERUNG MIT DER CRYENGINE DIE OCULUS RIFT ALS MEDIUM SCHLUSSFOLGERUNG AUSBLICK LITERATURVERZEICHNIS ANHANG... I A. FORSCHUNGSBAUM... I B. INTERVIEWLEITFADEN... III INHALTSVERZEICHNIS v