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Daten als Sprache unserer Zeit

Sina Steiner

Wieso haben wir nicht längst angefangen, Mathematik zu einem Teil unserer Kultur zu erklären? Alles um uns herum ist grundlegend mathematisch […].

Harald Lesch, 2016

Am Anfang des heutigen Digitalzeitalters steht die Darstellung der Welt anhand von Zahlen und mathematischen Operationen. Die Fähigkeit, die Natur mit dem Symbol- und Formelapparat der Mathematik darzustellen, legte bereits im 17. Jahrhundert den Grundstein zur Mathematik als Universalsprache. So basiert zwar im Alltagsbewusstsein die Welt auf Wörtern, jedoch erobern seit etwa 400 Jahren Zahlen und Ziffern die Lebenswelt und bestimmen seither das Verständnis über die Welt.

Die heutige Computer- und Digitaltechnik ist letztlich das Ergebnis dieses Jahrhunderte andauernden Übersetzungsprozesses der Welt in den Symbolapparat der Mathematik. Die digitale Technik verarbeitet und sendet dabei Informationen mittels einer begrenzten Anzahl von Ziffern, wie beispielweise 0 und 1 im Binär- oder Dualsystem. Digitalisierung ist in diesem Fall der Transformationsprozess analoger (kontinuierlicher) Signale, wie Wörter, Töne und Bilder in eben diesen binären Code. Das Resultat dieser Übersetzung ist die digitale Sprache, die Daten. Das Besondere an diesem Transformationsprozess ist seine Umkehrung: Analoge Signale können in Daten transformiert und nach Belieben wieder umgewandelt werden. Deutlich wird das Revolutionäre dieses Vorgangs beispielweise anhand eines 3D Druckers, durch den die Daten bereits in Dinge verwandelt werden können. In einer Zukunft, in der vermutlich jeder Haushalt einen solchen 3D Drucker besitzt, muss der Begriff „Industrie“ gänzlich neu definiert werden. Es stellt sich damit die Frage, wann diese Mathematisierung der Welt in das Bewusstsein der Menschen rückt, denn unseren Lebensraum bestimmt sie mit jedem Tag ein bisschen mehr.

Weiterführende Literatur:

Heßler, Martina: Kulturgeschichte der Technik, Frankfurt am Main 2012.

Quellenverzeichnis

Monografien

Alten, H.-W. (Hrsg) u.a.: 4000 Jahre Algebra. Geschichte. Kulturen. Menschen. Springer-Verlag, 2. korrigierter Nachdruck 2008.

Bell, Daniel: Die nachindustrielle Gesellschaft. Campus-Verlag, Frankfurt am Main [u.a.] 1975.

Heßler, Martina: Kulturgeschichte der Technik. Campus-Verlag, Frankfurt [u.a.] 2012; S. 7-21.

Touraine, Alain: Die postindustrielle Gesellschaft. Suhrkamp Verlag, Frankfurt am Main 1972.

Weibel, Peter: Gamma und Amplitude. Medien- und kunsttheoretische Schriften. Rolf Sachsse (Hrsg), Philo & Philo Fine Arts Verlag, Berlin 2004.

Weibel, Peter: Editorial. In: Open Codes – Leben in digitalen Welten. Beihefts/ Broschüre zur Ausstellung Open Codes 20.10.2018–06.01.2019; S. 2-8.

Onlinequellen

SWR Tele-Akademie: Prof. Dr. Peter Weibel: Digitalisierung – Eine kulturelle Revolution. Fernsehsendung, Forum Zukunft in Baden-Baden, Sonntag, 30.07.2017, 00:44:32 https://www.ardmediathek.de/tv/Tele-Akademie/Prof-Dr-Peter-Weibel-Digitalisierung-/SWR-Fernsehen/Video?bcastId=37622032&documentId=44779482 [abgerufen am 03.06.2018].

Terra X Lesch & Co: Harald Lesch: Unser Schulsystem ist Mist! YouTube, 21.09.2016 [00:06:00 – 00:07:09] https://www.youtube.com/watch?v=-q0Sm8Kldn0 [abgerufen am 16.06.2018].

CHIP Digital GmbH 17.06.2015 15:48 | von Nicole Hery-Moßmann: Was ist digital? Einfach erklärt https://praxistipps.chip.de/was-ist-digital-einfach-erklaert_41596.

Das digitale Bild

Vanessa Fischer

Das Wesen der Neuzeit ist die Eroberung der Welt als Bild.

Martin Heidegger, 1938

Unter einem „digitalen Bild“ versteht man die Darstellung von Daten, die durch Prozessoren eines Computers gespeichert und bearbeitet werden. Diese Informationen werden in Form eines universellen Codes, als Reihe von Nullen und Einsen (binär), dargestellt.

Ein digitales Bild kann in Form einer Rastergrafik mit einem binären Code beschrieben werden. Die Anzahl möglicher Farben verdoppelt sich pro verwendetem Bit – mit acht Bit pro Pixel können bis zu 256 Farben beschrieben werden, mit 24 Bit über 16,7 Millionen. Eine Rastergrafik erhalten wir durch die Verwendung unterschiedlicher technischer Geräte, wie diverse Scanner und digitale Foto- oder Videokameras – hier können wir von „digitalisierten“ Bildern sprechen. Mit anderen Codierungsvorschriften ist auch die Codierung und Decodierung von Tönen, Animationen und Videos in binärer Form möglich.

Eine wiederum andere Form der Beschreibung von Bildern erfolgt durch mathematische Beschreibungen von (Umriss-)Linien als Vektoren. Alle Linien und Formen können in mathematischen Beschreibungen definiert, beschrieben und gespeichert werden. Diese Vektorgrafiken, die unter anderem für Symbolzeichnungen und Schrifttypen verwendet werden, ermöglichen eine Darstellung in beliebiger Größe, da sie nicht mehr von einer festgelegten Anzahl von Pixeln definiert werden – in diesem Fall können wir von „digital generierten“ Bildern sprechen.

Wird ein analoges Bild anhand von strukturierten Informationen in einen maschinenlesbaren Zahlencode überführt, bezeichnet man diese Repräsentation als digitales Bild. Zu den Merkmalen digitaler Bilder:

1. ihre Allgegenwärtigkeit – der digitale Bildcode ist zeitlich und räumlich unabhängig

2. ihre Fein- und Grobkörnigkeit – die Bildqualität ist aufgrund der Ansammlung von Pixeln abhängig von der Auflösung des aufnehmenden Gerätes

3. ihre Manipulierbarkeit – aufgrund der Möglichkeit

Weiterführende Literatur:

Benjamin, Walter: „Das Kunstwerk im Zeitalter seiner technischen Reproduzierbarkeit (1939)“. In: Walter Benjamin. Gesammelte Schriften.
Band VII, Frankfurt am Main 1989.

Kohle, Hubertus: Digitale Bildwissenschaft, Glückstadt 2013.

user interface

Ruben Brück

Da Sie dieses Buch in der Hand halten, wissen Sie bereits, wie wichtig gute Benutzungsoberflächen für den Erfolg einer Software sind […].

Stephan Thesmann, 2016

Das user interface (Benutzeroberfläche) ist eine Schnittstelle; sie dient als Mittel zum Austausch zwischen Mensch und Computer. Über das user interface soll der Benutzer die Soft- und Hardware eines Computers kontrollieren und bedienen können. Dabei bemüht sich die Benutzeroberfläche um eine einfache, möglichst intuitive Interaktion zwischen Benutzer (user) und Computer. In der heutigen Zeit ist eine spezielle Form des user interface, die graphische Benutzeroberfläche ( graphical user interface /GUI), die standardisierte Form der Benutzer-Schnittstelle. Die Interaktion mit der Computersoftware erfolgt über Maus und Tastatur, der Benutzer kann durch das Öffnen von Programmfenstern und das Anklicken verschiedener Icons mit dem Computerprogramm interagieren. Dieser verheißungsvolle, benutzerfreundliche Typus eines user interface entwickelte sich um 1960, vorher wurde meist über Lochkarten mit dem Computer interagiert. Dass die Entwicklung der Benutzerschnittstelle mit dem graphical user interface bis heute noch in der Entwicklung ist, zeigen folgende Beispiele:

– Beim voice user interface/VUI (sprachbasierte Benutzerschnittstelle) erfolgt der wechselseitige Austausch zwischen Mensch und Computer über ‚Sprache’, ein Beispiel dafür ist der von Apple entwickelte Sprachassistent ‚Siri’.

– Das tangible user interface/TUI (gegenständliche Benutzerschnittstelle) ist eine haptische Schnittstelle; Meist dienen einfache physische Gegenstände wie Würfel und Bälle zur Interaktion. Die zugrundeliegende Idee ist die spielerische Bedienung der Schnittstelle. Das user interface fällt zudem optisch auf und zieht die Aufmerksamkeit des Benutzers auf sich, ein Einsatz lohnt insbesondere im musealen Kontext.

– Beim natural user interface/NUI (natürliche Benutzerschnittstelle) steht eine möglichst intuitive und natürliche Bedienbarkeit im Fokus. Der Benutzer interagiert über Bewegung und Berührung mit der Schnittstelle, meist sind es einfache Gesten, beispielsweise ein Tippen. Vertraut ist NUI aus der alltäglichen Nutzung eines Touchscreens.

Abschließend zeigt sich, dass die Bedienung, die Haptik, die Benutzerfreundlichkeit und das Design die entscheidenden Anforderungen sind, die an ein user interface gestellt werden. Erst eine abgestimmte, austarierte Kombination dieser Faktoren führt zu einer gelungenen Benutzerschnittstelle.

Weiterführende Literatur:

Hellige, Hans Dieter (Hg.): Mensch-Computer-Interface. Zur Geschichte und Zukunft der Computerbedienung, Bielefeld 2008.

Immersive Kunst

Saskia Bach

Immersion ist ein Schlüsselphänomen unserer Zeit, dass die Erfahrung oder das Gefühl einer vollumfänglichen Einbettung in die eigene Umwelt beschreibt.

Thomas Oberender, 2016

In immersiven Kunstwerken taucht der Betrachter in eine virtuelle Umgebung ein, die ihn allseitig umgibt. Kernidee ist die Verbindung von Mensch und Bild im Streben nach maximaler Illusion mit den verfügbaren technischen Mitteln. Durch Bildgenerierung, -übertragung und – präsentation eines Computers wird die technische Grundlage der virtuellen Realität geschaffen, um eine möglichst hohe Angleichung von physiologischer und illusionärer Information am Bildort zu schaffen. Der Betrachter hat durch wechselnde Standpunkte zu jeder Zeit die Möglichkeit neue Aus-, An- und Einsichten zu gewinnen. Bildfremde Eindrücke werden ausgeschlossen und können durch die Ansprache möglichst vieler Sinne, wie auch mit Klangelementen, in Verbindung mit den bildnerischen Mitteln zu einer Überwältigung der ‚Realitätswahrnehmung‘ führen.

In dem 360° Panorama wird der Betrachter horizontalperspektivisch, auf Augenhöhe, in einen zeit- und ortseinheitlichen Immersionsraum integriert. Im Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) wird ein von mehreren Betrachtern wahrzunehmendes Werk, in einem quadratischen Raum mit sechs Projektionsflächen durch rundum laufende 3D-Bilder erzeugt, sozusagen eine Höhle mit automatisierter virtuellen Umwelt. Der Eindruck von polyvarianten Perspektiven ermöglicht ein glaubwürdiges Präsenzgefühl. Die Idee der immersiven Kunst ist, den ganzen Menschen in den Illusionsraum zu stellen, um das körperliche Verschmelzen mit dem künstlichen Bildraum zu imitieren und in Echtzeit eine Parallelwelt zu entwerfen.

Weiterführende Literatur:

Grau, Oliver: Virtuelle Kunst in Geschichte und Gegenwart. Visuelle Strategien, Berlin 2001.

Gesichtserkennung

Jhang Trierweiler

[…] diese massenweise automatisierte Verarbeitung von biometrischen Merkmalen, birgt ein immersives Potential des Missbrauchs in sich.

Johannes Caspar, 2017

Es gibt zwei verschiedene Varianten von Gesichtserkennung, die Lokalisation eines Gesichtes in einem Foto oder die Zuordnung eines Gesichts zu einer bestimmten Person.

Zudem ist zwischen einem 2D- und einem 3D-Bild zu unterscheiden. Beim ersten Verfahren wird ein digitales Muster von einem Gesicht angefertigt, das sogenannte template. Hierbei nimmt eine Software eine geometrische Vermessung des Gesichtes anhand eines Fotos vor. Ankerpunkte wie Augen und Nasenflügel werden fixiert, Abstand und Winkel zueinander bemessen und ein einzigartiges template entsteht, welches in einer Datenbank der entsprechenden Gesichtserkennungssoftware abgespeichert wird. Gibt man nun dieser Software Fotos von Personen, wird jedes einzelne mit dem template verglichen und die Authentifizierung der jeweiligen Person durchgeführt.

Das 3D-Verfahren überzieht das Gesicht mit mehreren Punkten und Rastern um die Oberflächenstruktur zu erkennen und ein 3D-Abbild zu erschaffen. Mehrere Faktoren, wie Helligkeit und Kontrast, können die Genauigkeit der Erkennung beeinflussen. Dieser Software kann man mithilfe einer AI (Artificial Intelligence), durch Eingabe und Definition mehrerer Bilder, weitere Funktionen beibringen, z.B. das Bestimmen von Größe oder Haarfarbe. Diese Technik wird bereits an Flughäfen genutzt, indem Kameras das Bild eines Passagiers vor Ort mit dem seines biometrischen Reisepasses vergleichen.

Kritiker befürchten, dass diese Technik für eine neue Form der Massenüberwachung genutzt werden könnte. Ein weiteres Problem zeichnet sich im Bereich des Hackens ab. Einen Zifferncode kann man zu jederzeit ändern, wird jedoch das biometrische template gehackt, kann man das Gesicht nicht ohne Weiteres wechseln.

Weiterführende Literatur:

Bicking. Melanie, Automatisierte Gesichtserkennung: Eignung biometrischer Verfahren für sicherheitsbezogene Applikationen, Saarbrücken 2008.

Ranftl. Andreas, Digitale Gesichtserkennung: Theoretischer Überblick und praktische C++-Implementierung, Hamburg 2012.

Informationen aus dem ‚Nichts‘? Visuelles Tracking mit Markern

Selina Wernstedt

Ein Code ist ein Regelsatz, „der das, was eingegeben wird – den Input – von einem Zustand in einen anderen überführt und dann eine Operation ausführt.

Rob Kitchin & Martin Dodge, 2011 

Mit dem Begriff des trackings beschreibt man das Orten des Betrachters und des von ihm genutzten Benutzerinterfaces im Raum. Erst durch die Lokalisierungsdaten, die mittels visueller oder nichtvisueller Trackingverfahren in Echtzeit errechnet werden, kann die reale Welt mit virtuellen Informationen zur Augmented Reality (AR) ergänzt werden.

Im Alltag werden vor allem mit Smartphones AR-Anwendungen genutzt. Da diese nur über eine begrenzte Rechenleistung verfügen, kommt hier vor allem markerbasiertes tracking zur Anwendung. Dabei wird an einem realen Gegenstand ein Marker angebracht, über den die Trackingsoftware Position und Orientierung des Betrachters errechnet. Ein solcher Marker ist für die Kameraerkennung optimiert: in einem schwarzen Rahmen befindet sich ein Muster aus weißen, einfachen geometrischen Formen wie Quadraten und Rechtecken. Farblich bilden sie den größtmöglichen Kontrast zum Rahmen. In ihm erkennt das Programm vier nicht-lineare Punkte, aus denen es die Position des Objektes im Raum errechnet. Nur wenn die Software tatsächlich ein Viereck erkennt, gleicht sie die Muster innerhalb desselben in Echtzeit mit einer Datenbank ab. Stimmt das Muster mit dem dort hinterlegten überein, kann das virtuelle Objekt, das mit diesem Muster verknüpft ist, an der Position des Markers dargestellt werden.

AR-Marker können trotz ihrer einfachen Formensprache, abhängig vom verwendeten Programm, unterschiedlich aussehen. So erinnern die Muster in den Markern von Bibliotheca Digitalis. Das Kommunistische Manifest an Seitenzahlen, während die digitale ID in Digitale Ökonomie auf der Innenseite des Rahmens codiert ist. Auf diese Weise bleibt das Innere des Markers frei gestaltbar.

Auch bei QR-Codes (Quick Response Codes) nutzt man den hohen Kontrast von Schwarz und Weiß, um darin zusätzliche virtuelle Informationen zu codieren. Wie diese Informationen mit dem optischen Muster verknüpft sind und auf welche Weise sie dann unter Verwendung des Musters für den Betrachter sichtbar werden, erklärt den großen Unterschied zwischen QR-Codes und AR-Markern. 

Weiterführende Literatur:

Mehler-Bicher, Anett/ Steiger, Lothar: Augmented Reality. Theorie und Praxis, München 2014.

Tönnis, Marcus: Augmented Reality. Einblicke in die Erweiterte Realität, Berlin/ Heidelberg 2010.

Virtual Reality und Augmented Reality

Clarissa Hauger

What is real? How do you define real? If real is what you can feel, smell, taste and see, then real is simply electrical signals interpreted by your brain.

The Matrix, 1999

Virtual Reality (VR) bezeichnet die von einem Computersystem (bestehend aus Hard- und Software, kurz VR-System) generierte Virtuelle Welt, welche es vermag die Wahrnehmung und Empfindung aller Sinne des Nutzers eines VR-Systems real wirken zu lassen.

Der Inhalt einer virtuellen Welt besteht bspw. aus modellierten Objekten, ihrer Raumanordnung und deren Verhalten für das maßgebende Simulationsmodell. Eine umfassende Simulation, ruft bei dem Nutzer das Gefühl hervor mitten drin zu sein und setzt ihn Reizen aus auf die er reagieren kann. Dem Nutzer ist es damit nicht mehr möglich die Virtuelle Umgebung von der echten zu unterscheiden. Als Virtuelle Umgebung wird die vom VR-System erzeugte Virtuelle Welt bezeichnet, deren Zugang eine gewünschte Anzahl an Nutzern erhält. Nimmt der Nutzer jedoch mehr Teile der Realität wahr als nur die der virtuellen, so sprechen wir von einer Augmented Reality (AR). Mithilfe der AR ist eine Erweiterung bzw. Überlagerung der echten Realität möglich. Da somit die realen Objekte in Relation zu den 3D modellierten stehen, kann eine Interaktion nur in Echtzeit stattfinden. Durch die Verschmelzung der realen und virtuellen Realität folgt eine veränderte Realitätswahrnehmung, sowie neue Möglichkeiten des Gestaltungs- und Handlungsraumes. Die einen mögen darin Chancen oder Profit sehen, andere wiederum sind skeptisch oder fürchten sich davor. Die Medienkunst behandelt diese Thematik, forscht, klärt auf und ermutigt zur Reflexion unseres digitalen Ichs.

Weiterführende Literatur:

Azuma, Ronald T.: „A Survey of Augmented Reality“, in: Presence: Teleoperators and Virtual Environments, hrsg. von Janet Weisenberger und Roy Ruddel, Jg. 6/ H. 4, MIT Press, Cambridge 1997, S. 355–385.

Dörner, Ralf u. a.: Virtual und Augmented Reality (VR/ AR). Grundlagen und Methoden der Virtuellen und Augmentierten Realität, Berlin/ Heidelberg 2013.

Hemmerling, Marco: „Die Erweiterung der Realität“, in: ders.: Augmented Reality. Mensch, Raum und Virtualität, München 2011, S. 13–24.

Wachowskis, The Matrix, Vereinigte Staaten/Australien 1999.