UCARe4Citizen – Urban Climate in Augmented Reality for Citizens Participation

»Das Stadtklima von morgen im Holodeck simulieren«

Arbeitsschritte in der Stadtklimasimulation mit PALM-4U
© Fraunhofer IBP
Arbeitsschritte in der Stadtklimasimulation mit dem neuen Stadtklimamodell PALM-4U.
UCARe4Citizen - Formen der Informationsbereitstellung durch Augmented Reality
© Fraunhofer IBP
Die UCARe4Citizen-Projektbeteiligten untersuchen neue Formen der Informationsbereitstellung durch Augmented Reality im Kontext von klimarelevanten Stadtplanungsprozessen.

Im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung bieten sich für Stadtplanerinnen und Stadtplaner sowie kommunale Akteure neue Möglichkeiten, Planungsvorhaben realitätsnah zu visualisieren und Planungsalternativen gemeinsam mit Bürgerinnen und Bürgern am Modell zu diskutieren. Anhand von digitalen 3D-Modellen lassen sich Bauvorhaben aus beliebigen Perspektiven mit unterschiedlicher Detailtiefe visualisieren. Ein Vorteil dieser Methode ist, dass bauliche Alternativen am Computermodell schneller erstellt und analysiert werden können. Idealerweise bietet das Modell die Voraussetzungen dafür, dass die Auswirkungen von planerischen Entscheidungen auf Menschen und Umwelt sofort erkannt und ausgewertet werden können. Neue Arten von Kommunikationsmedien unter Einsatz von Augmented Reality sollen künftig auch partizipative Entscheidungsprozesse für städtische Bauvorhaben unterstützen. Zwar gibt es vom Smartphone bis zur Datenbrille eine ganze Bandbreite von Techniken, um 3D-Planungsdaten schon heute abzubilden, jedoch besteht die größte Herausforderung darin, aus der Fülle an verfügbaren Daten die gewünschte Information zu erhalten und Ergebnisse in nutzergerechter Weise darzustellen.

Projektziele

Das Verbundvorhaben UCARe4Citizen untersucht die erforderlichen Rahmenbedingungen, um die Klimawirkungen von städtebaulichen Maßnahmen simulieren und in der erweiterten Realität visualisieren zu können. Auf Basis von dreidimensionalen Stadt- und Gebäudemodellen sowie Gelände- und Geodaten aus verschiedenen Quellen wird ein so genanntes Urban Climate Model (UCM) eingesetzt, um die mikroklimatischen Einflüsse von urbanen Strukturen oder Baumaßnahmen zu untersuchen. Auf diese Weise lassen sich im Modell in einer sehr hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung unterschiedliche klimatische Effekte im urbanen Raum abbilden. Wie entsteht der »Urban Heat Island Effect«, der zu einer Überhitzung städtischer Strukturen führt? Wie können Städte mit Anpassungsmaßnahmen wie z. B. neuen Grünflächen oder Gewässern diesem Effekt nachhaltig entgegenwirken?

Um diese Fragen beantworten zu können, müssen Ergebnisse aus einer Stadtklimasimulation so aufbereitet werden, dass sie auch von Nichtexpertinnen und -experten interpretiert werden können. Eine neuartige Lösung für diese Art der Kommunikation bieten Visualisierungstechniken aus dem Bereich der Augmented Reality (AR) und der Mixed Reality (MR). Diese sind mittlerweile marktreif und finden z. B. Anwendung auf mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets oder bei speziellen Datenbrillen.

Mithilfe der immersiven Form der Visualisierung können konkrete Wirkungen auf Mensch und Umwelt anschaulich und intuitiv von den Nutzerinnen und Nutzern erfasst werden. Die tatsächlichen Auswirkungen von Baumaßnahmen lassen sich mit dieser Form der Präsentation direkter vermitteln, etwa deren Ausmaße in Relation zu den umgebenden Strukturen und deren Einfluss auf die Temperaturentwicklung an einem öffentlichen Platz.

Die digitalen Technologien ermöglichen somit allen Planungsbeteiligten, Vorhabenträgern und Bürgerschaft, sich von der nachhaltigen Qualität geplanter Baumaßnahmen zu überzeugen. Folgen von Entscheidungen sind durch Simulationen und deren Visualisierung auch für Bürgerinitiativen, Verbände und Vereine erkennbar und nachvollziehbar.

Stand des Projektes

Das Verbundvorhaben UCARe4Citizen wird zusammen mit einem Architekturbüro für Stadtplanung (SBA GmbH) und Experten für Augmented und Mixed Reality-Lösungen (Holo-Light GmbH) durchgeführt.

Zu Beginn des Projekts werden in mehreren Workshops zusammen mit den Städtepartnern Laupheim und München geeignete Szenarien zur Stadtklimasimulation entwickelt. Innerhalb dieser Szenarien werden in Folge städtebauliche Varianten hinsichtlich stadtklimatischer Effekte untersucht. Ziel ist es, dabei möglichst frühzeitig die erforderlichen digitalen Prozessketten aufzubauen, Datenanforderungen durchzuführen und Schnittstellen zum verwendeten Stadtklimamodell (PALM-4U) zu analysieren.

Die Szenarien dienen als Grundlage für die Erprobung und Demonstration von Visualisierungstechniken, welche künftig in der Lage sein sollen, die Klimawirkungen von städtischen Strukturen zu veranschaulichen.

Anschließend erfolgt eine Auswahl von relevanten und darstellbaren Kenngrößen aus der Simulation, die speziell für die Darstellung in AR-Anwendungen konvertiert und optimiert werden. Die Schwierigkeit liegt darin, enorme Mengen an Daten aus der Klimasimulation auf mobilen Endgeräten (z. B. Datenbrillen) zu visualisieren. Dafür stellt der Projektpartner Holo-Light die erforderlichen Software-Funktionen und die nötige IT-Infrastruktur bereit.

Sobald die neu entwickelten AR-Anwendungen verfügbar sind, können die Funktionen der Stadtklimavisualisierung im realen Einsatz erprobt werden. Die Pilotanwendungen in den beteiligten Kommunen dienen dazu, die Risiken bei der Einführung der neuen Methoden zu erkennen und wenn möglich zu reduzieren. Bei den Pilotvorhaben sollen v. a. Fragen der Akzeptanz, der Wirtschaftlichkeit und des Marktpotenzials betrachtet und beantwortet werden.

Neben einem funktionalen Technologiedemonstrator wird das UCARe4Citizen-Vorhaben einen Handlungsleitfaden entwickeln, der die Erkenntnisse aus den Pilotvorhaben zusammenfasst und einem interessierten Fachpublikum zur Verfügung stellt.

Das Verbundvorhaben wird im Rahmen der »Entwicklung digitaler Technologien« durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert (FKZ: 01MT20004A).

Projektpartner

  • SBA Architektur und Städtebau GmbH
  • Holo-Light GmbH
  • Landeshauptstadt München. Referat für Stadtplanung und Bauordnung
  • Große Kreisstadt Laupheim. Baudezernat
  • Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP