POINT CLOUD LANDSCAPE – RESEARCH IN TECHNOLOGY AND LANDSCAPE PERCEPTION

 

 

Das Herzstück am Lehrstuhl von Professor Christophe Girot ist die Erforschung und Vermittlung neuer Modellierungs- und Darstellungsmöglichkeiten von Landschaft. Dabei ist die Arbeit mit Pointcloud-Technologien das zentrale Element, um Schnitte, Ansichten, Messungen, aber auch Bewegungen durch den virtuellen Raum sowie interaktive Anwendungen zu erstellen. Die unter Einsatz von Laserscantechnologie mit höchster Präzision erstellten Modelle definieren, in Kombination mit Surroundsoundaufnahmen, mit erstaunlichen audiovisuellen Darstellungen die Wahrnehmung der Landschaft neu.

Vor sechs Jahren startete die Professur zusammen mit Pascal Werner, Johannes Rebsamen und Matthias Vollmer in diesem Rahmen das Forschungsprojekt Gotthard Landscape, um ein digitales Modell der gesamten Gotthard Region zu realisieren. 
Ziel ist, dass die Datenerhebung auf kollektiver Ebene geschieht, also auch Forschende aus Nachbardisziplinen Erkenntnisse beisteuern können. So werden beispielsweise in Zusammenarbeit mit den Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) die digitalen Daten der Eisenbahntunnel im Gotthardmassiv, inklusive NEAT, in das Modell integriert. Denn die gezeigten Darstellungen vermögen dank Pointcloud-Technologie überirdische Felsformationen, Passstrassen, Galerien sowie unterirdische Tunnel in ein und dasselbe Bild zu setzen und so eine sehr poetische neue Raumerfahrung zu bewirken.
Das Projekt verfolgt somit zwei Richtungen: Die Vermittlungsebene, auf der das virtuelle Modell des Bergmassivs betrachtet, belauscht und durchflogen werden kann, und die Forschungsebene, auf der laufend neue Daten und Informationen ergänzt, abgerufen und kombiniert werden. An der Biennale in Venedig 2014, am TEDx in Zürich 2016 und am WEF in Davos 2017 wurden Zwischenschritte dieses Forschungsprojektes gezeigt. Im Herbst 2017 wird im Rahmen der Scientifica das Modell erstmals in einer interaktiven Form und als VR-Applikation im ETH Hauptgebäude der Öffentlichkeit präsentiert.

Neben dem Gotthardmodell sind mittlerweile auch weitere Modelle entstanden. In einem Seminar haben die zwei Mitarbeitenden des Lehrstuhls Philipp Urech und Magdalena Kaufmann zusammen mit Studierenden den Röntgenplatz in Zürich vermessen und den Ort auf Grund von Pointclouddaten virtuell umgestaltet. Weiter haben MAS-Studierende im Frühling 2016 aus einem Pointcloudmodell des Zürcher Seebeckens mit Hilfe von Johannes Rebsamen und Matthias Vollmer eine interaktive Darstellung ihrer Entwürfe für eine zukünftige Ufergestaltung ausgearbeitet. Seit 2015 hat der Lehrstuhl unter der Leitung von Prof. Girot mit einer Gruppe von drei Forschenden, Nadine Schütz, Matthias Vollmer und Ludwig Berger, eine Kooperation mit dem Kyoto Design Lab (Kyoto Institute of Technology) initiiert, und in dieser eine Vielzahl von historischen Gärten in Kyoto mit dem Laserscanner vermessen, als Pointclouds modelliert und geolokalisierte Surroundsoundaufnahmen erstellt. Zusammen mit der Professur Sagi Filin der Technion University in Haifa hat Prof. Girot und ein Team von drei ETH-Forschenden, Ilmar Hurkxkens, Philipp Urech und Ben Gitai, im Jahr 2016 mit dieser Technologie ein Modell des Jordanflusstal angefertigt, das die historischen Strukturen im unbegehbaren Grenzgebiet zeigt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pointcloud-Technologie

Im Bereich der Vermessung ist es heute möglich, eine komplexe Umwelt in ihrer Gesamtheit darzustellen. Die Laserscanner bilden ihre Umgebung in Millionen von registrierten Punkten ab, welche mit Hilfe von Fotografien eingefärbt werden. So ergibt sich ein hochpräzises Pointcloudmodell, um Schnitte, Ansichten, Messungen, aber auch Bewegungen durch den visuellen Raum zu erstellen. Solche ultragenauen Modelle nutzt der Lehrstuhl seit 10 Jahren in einer Entwurfs-Beratung für die Alptransit AG in Bezug auf die Geländermodellierung einer Halde in Sigirino Ticino. Dank dieser konkreten Erfahrung mit Pointcloudmodellierung erhielt der Lehrstuhl Zugang in das D-Arch NCCR Forschungsprojekt Digital Fabrication. In diesem Rahmen erstellt der Doktorand Ilmar Hurkxkens innovativ manipulierte Pointcloudmodelle, mit dem Ziel, diese komplexe Geländemodellierung in der ferngesteuerten Robotik zu verwenden. Aber auch Wasserströmungen und Überschwemmungen können mit der Pointcloud-Technologie simuliert werden. Dies erprobte das vom Future Cities Laboratory unterstüzte Ciliwung River Projekt in Jakarta, das 2014 an der Rotterdam Biennale für Architektur präsentiert werden konnte. In Folge dieses Projektes erforscht Philipp Urech aktuell die Visualisierung der Urban Heat Island Effects in seiner Doktorarbeit in Singapur. Durch die hohe Präzision, Dichte und gros
se Reichweite des Laserscanners können verschiedenste Massstäbe abgedeckt werden – von kleinsten räumlichen Strukturen bis hin zu grösseren landschaftlichen Zusammenhängen. Die Modellierung und Analyse von solchen Zusammenhängen mittels der hochpräzisen Pointcloud-Technologie lanciert Matthias Vollmer in einem Doktoratsprojekt über die Schwelle zwischen Innen und Aussen des Japanischen Hauses. Dabei erlaubt es die Transparenz der Darstellung die Landschaft zusammenhängend erfahrbar zu machen. Zugleich öffnet sie in ihrer ästhetischen Abstraktion den Raum für die Imagination der betrachtenden Person.

3D Sound

Das Pointcloud-Modell, welches die Landschaft visuell fixiert, wird erweitert und dynamisiert durch dreidimensionale Klangaufnahmen. Soundfield-Mikrofone ermöglichen hierbei mit der Aufnahme in drei Achsen und omnidirektionaler Ausrichtung einen natürlichen Höreindruck mit genauer Richtungslokalisation. So werden die klanglichen und landschaftsakustischen Spezifika eines Gebiets in ihrer räumlichen Tiefe wahrnehmbar. Mit dieser Frage der Landschaftsakustik beschäftigt sich Nadine Schütz in ihrer vom SNF unterstützten Doktorarbeit, dies anhand der Einbettung von bestimmten Klangphänomenen in das Pointcloudmodell des Shishendo Garten in Kyoto. Die räumliche Auflösung in verschiedene Achsen erlaubt zudem die nahtlose Zusammensetzung der einzelnen Aufnahmen 
in eine großmaßstäbliche, akustische, dreidimensionale Kartographie; mit dieser Technik wurde das visuelle Gotthardmodell unter der Leitung von Ludwig Berger mit Klang ergänzt. In einer neuartigen Erfahrung werden so die subtilen akustischen Unterschiede zwischen den verschiedenen Landschaftsabschnitten in einem lebendigen Kontinuum erfahrbar.

Virtual Reality 

In Kombination werden die beiden Modelle, das akustische und das visuelle, in einer Game-Engine zu einer dreidimensionalen, audiovisuellen Umgebung komponiert. Dabei ergänzen sich beide Wahrnehmungsebenen auf unterschiedliche Weise: das visuelle Modell bietet topographische Präzision und klare Verortung; die klangliche Dimension ermöglicht eine sinnliche Verankerung im Raum, verbunden mit unserem impliziten akustischen Wissen. Die so komponierte Umgebung lässt sich schließlich visuell durchqueren und der Betrachter kann mit dem visuellen Modell interagieren. Diese Anwendungen können auf aktuelle und zukünftige Technologien der immersiven Wahrnehmung wie z.B. dem Vogelflug-Simulator “Birdly” von Somniacs übertragen werden.
Nicht nur die VR-Brillen, sondern auch Web-Applikation oder mobile Apps können als Medium genutzt werden, um verschiedenste Anwendungen mit Hilfe dieser Technologie zu kreieren, vom einfachen Betrachten bis hin zum interaktiven Game.


Organisation:

ETH Zurich DARCH – Chair of Prof. Christophe Girot, Institute of Landscape Architecture

Projekt-Team:
Prof. Christophe Girot, Johannes Rebsamen, Matthias Vollmer, Ludwig Berger, Isabelle Fehlmann

 



On 11 November 2016, Christophe Girot spoke at the TEDx Talk in Zürich on “Point Cloud Modelling the Alpine Landscape”.

TED believes passionately in the power of ideas to change attitudes, lives, and ultimately the world. Their network offers free knowledge and inspiration from the world’s most inspired thinkers, as well as, a community of curious souls who engage ideas and each other. TEDx presents opportunities for local communities to share ideas. TEDxZurich is one of more than 115 TEDx events that take place in more than 35 countries each year.

 

Introduction film of the design elective course in fall 2015: “Decomposing Röntgenplatz”

The Goal of this elective course in fall 2015 is to introduce students to notions of landscape design in an urban environment by decomposing and then recomposing differently a well known public space in Zürich. The technique for this exercise will rely on three-dimensional point cloud scans that will be edited in order to modify, propose –and visually represent– a new landscape design for the Röntgenplatz.

An image created from the Gotthard point cloud model, showing a part of the old Gotthard route, called Tremola, and under the surface visible as a white line, the motorway tunnel going trough the mountain mass from Airolo to Goeschenen.